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DE60132490T2 - METHOD FOR TRANSMITTING A WAVEFORM WITH CONTROLLABLE DAMPING AND SPREAD SPEED - Google Patents

METHOD FOR TRANSMITTING A WAVEFORM WITH CONTROLLABLE DAMPING AND SPREAD SPEED Download PDF

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DE60132490T2
DE60132490T2 DE60132490T DE60132490T DE60132490T2 DE 60132490 T2 DE60132490 T2 DE 60132490T2 DE 60132490 T DE60132490 T DE 60132490T DE 60132490 T DE60132490 T DE 60132490T DE 60132490 T2 DE60132490 T2 DE 60132490T2
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DE
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waveform
transmission line
exponential
propagation velocity
line
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Robert H. Austin FLAKE
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University of Texas System
University of Texas at Austin
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Abstract

Methods for driving a lossy transmission media with an energy wave defined by a an exponential waveform function. The propagation delay and attenuation of the wave is a function of an exponential coefficient, and its propagation velocity is essentially constant and independent of displacement. Utilizing relationships between the propagation velocity, exponential coefficient, attenuation, and transmission line parameters, one may effectively model various transmission media. One may also determine unknown transmission line parameters, waveform exponential coefficients, attenuation, and/or propagation velocities by utilizing those relationships. By modulating the exponential coefficient, information may be encoded onto a waveform.

Description

Übertragungsleitungen mit ihrem charakteristischen Signalverlust sowie ihrer inhärenten Zeitverzögerung können Probleme bei der Auslegung von Systemen bereiten, welche mehrere Signale verwenden, die einer Verzögerung und Verzerrung unterliegen können. Moderne Computer sind beispielsweise Systeme, die mehrere elektrische Signale verwenden, und für welche Übertragungsleitungseigenschaften, wie z. B. Verzögerung, berücksichtigt werden müssen. Sowohl digitale Computerchips als auch die Leiterplatten zur Verbindung der Signale dieser Computerchips können Übertragungsleitungseffekte aufweisen.transmission lines with their characteristic signal loss as well as their inherent time delay can cause problems in the design of systems that prepare multiple signals use that a delay and distortion. Modern computers are, for example, systems that have multiple electrical Use signals, and for which transmission line characteristics, such as B. delay, considered Need to become. Both digital computer chips and the circuit boards for connection The signals of these computer chips may have transmission line effects exhibit.

Typische Signale zeigen, wenn sie zum Erzeugen von Eingangssignalen in Übertragungsleitungen verwendet werden, im Allgemeinen Verzögerungs- oder Ausbreitungszeiten, die nicht leicht ermittelbar sind. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Wellen ist auch mit der örtlichen Verschiebung entlang der Übertragungsleitung variabel.typical Show signals when used to generate input signals in transmission lines are generally delayed or propagation times that are not easily ascertainable. The Propagation speed of these waves is also with the local Shift along the transmission line variable.

Eine Änderung oder Modifizierung der Verzögerung einer elektromagnetischen Übertragungsleitung beinhaltet üblicherweise die Änderung der physischen Länge der Leitung; die Änderung der Breite, der Dicke und des Abstands der Leitung; die Modifizierung der Kapazität der Leitung an entlang der Leitung in Abstand angeordneten Punkten; oder die Änderung der Übertragungsleitung durch Änderung der dielektrischen Konstante der den Leitungsleiter umgebenden Medien. Keines von diesen Verfahren führt jedoch von selbst zu Anwendungen, bei denen es erwünscht sein kann, die Ausbreitungszeit eines an eine verlustbehaftete Übertragungsleitung angelegten Impulses zu verändern, zu ändern oder anderweitig zu modifizieren.A change or modification of the delay An electromagnetic transmission line usually includes the change the physical length the line; the change the width, the thickness and the distance of the pipe; the modification the capacity the line at points spaced along the line; or the change the transmission line by change the dielectric constant of the media surrounding the conductor. None of these procedures leads but by itself to applications where it would be desirable can, the propagation time of a lossy transmission line to change the applied momentum to change or otherwise modify it.

Die derzeitige Übertragungsleitungstechnologie basiert auf der Theorie der verlustlosen Übertragung und nimmt an, dass die Impulsausbreitungsgeschwindigkeit entlang einer Übertragungsleitung konstant ist. Diese Annahme schränkt jedoch signifikant Auslegungsoptionen für die Implementierung von Verzögerungsleitungen in elektronischen Schaltungen ein. Insbesondere werden Verzögerungsleitungen derzeit durch Verlängern des Signalpfades (so dass das Signal eine längere Zeit benötigt, um an ein Ziel anzukommen) oder durch die Hinzufügung einer zusätzlichen aktiven Schaltung zum Verlangsamen eines Signals implementiert. In jedem Falle kann die Änderung des Verzögerungsbetrages schwierig und/oder teuer sein, da ein Redesign oder eine Änderung der Schaltung erfordert. Ferner gibt es oft keine Möglichkeit, um kontrolliert die Verzögerung auf der Basis unterschiedlicher Eingangsbedingungen zu verändern. Daher wäre es vorteilhaft, wenn man die Fähigkeit hätte, eine Verzögerungsleitung zu implementieren, welche kontrollierbar eine Verzögerungszeit oder Abschwächung auf der Basis unterschiedlicher Eingangsbedingungen variieren könnte, und die einfach und preiswert implementiert werden könnte.The current transmission line technology is based on the theory of lossless transmission and assumes that the pulse propagation velocity along a transmission line is constant. This assumption restricts however, significant design options for the implementation of delay lines in electronic circuits. In particular, delay lines become currently by extending the signal path (so that the signal takes a longer time to to arrive at a destination) or by the addition of an additional one implemented active circuit for slowing down a signal. In In any case, the change of the delay amount difficult and / or expensive as a redesign or a change the circuit requires. Furthermore, there is often no way to control the delay to change based on different input conditions. Therefore would it be beneficial, considering the ability would have, a delay line to implement, which controllable a delay time or mitigation could vary on the basis of different input conditions, and which could be implemented easily and inexpensively.

Derzeit bekannte Verfahren zum Messen von Übertragungsleitungsparametern wie z. B. Widerstand, Induktivität, Kapazität und Leitfähigkeit erfordern typischerweise spezielle Messgeräte, die sehr teuer sein können. Daher wäre es vorteilhaft, über die Fähigkeit zu verfügen, derartige Parameter in einer einfachen Weise, beispielsweise unter Anwendung preiswerter Vielzweckmessgeräte zu messen, die im Allgemeinen in Elektroniklabors zur Verfügung stehen, wie z. B. ein Oszilloskop oder ein Signalwellenformgenerator.Currently known method for measuring transmission line parameters such as B. resistance, inductance, capacity and conductivity typically require special gauges that can be very expensive. Therefore would it be advantageous, over the ability to dispose of such parameters in a simple manner, for example, under Application of cheap multi-purpose measuring instruments, which in general available in electronics labs stand, such. An oscilloscope or signal waveform generator.

Der Verzögerungsbetrag in Netzwerken, einschließlich breitbandigen Netzwerken, ist oft ein Hauptauslegungsfaktor. Derzeitige Auslegungstechniken für die Analyse der Länge der Verzögerung in nicht-induktiven und induktiven Übertragungsleitungsnetzwerken sind jedoch notorisch ungenau; daher wäre es vorteilhaft, über die Fähigkeit zu verfügen, eine einfache Formel zum Berechnen der gesamten Verzögerung oder der Abschwächung in nicht-induktiven sowie induktiven Netzwerken mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu verwenden. Es wäre ferner vorteilhaft, wenn ein derartiges Verfahren in Computer unterstützten Konstruktions-(CAD)-Systemen genutzt werden könnte.Of the delay amount in networks including broadband networks, is often a major design factor. current Design techniques for the analysis of the length the delay in non-inductive and inductive transmission line networks are notoriously inaccurate; therefore it would be beneficial to know about the ability to dispose of a simple formula to calculate the total delay or the attenuation in non-inductive as well as inductive networks with a high Accuracy grade to use. It would also be advantageous if Such a method is used in computer assisted design (CAD) systems could be.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

In einer Hinsicht ist die Erfindung ein Verfahren zum Übertragen einer Wellenform mit einer im Wesentlichen konstanten Ausbreitungsgeschwindigkeit entlang einer Übertragungsleitung. So wie hierin verwendet, soll "Wellenform" allgemein in der Bedeutung jedes Energiesignals oder dessen Darstellung gelesen werden. So wie hierin verwendet soll "Übertragungsleitung" allgemein in der Bedeutung jedes Mediums gelesen werden, das in der Lage ist, eine spezielle Wellenform zu übertragen. Übertragungsleitung kann sich auf einen breiten Bereich von Medien einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, elektrisch leitende und mechanisch schwingende Medien beziehen. Gemäß dem Verfahren wird eine Exponential-Wellenform erzeugt. Die Exponential-Wellenform ist durch einen Exponential-Koeffizienten α bestimmt. Die Wellenform wird an die Übertragungsleitung angelegt, um die Wellenform mit einer im Wesentlichen konstanten Ausbreitungsgeschwindigkeit zu übertragen, und die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist von α und einem Übertragungsparameter der Übertragungsleitung abhängig. So wie hierin verwendet, soll "Übertragungsparameter" allgemein als jede unterscheidbare Charakteristik der die Übertragungsleitung bildenden Medien gelesen werden.In one aspect, the invention is a method of transmitting a waveform at a substantially constant propagation velocity along a transmission line. As used herein, "waveform" is generally intended to be read in the meaning of any energy signal or its representation. As used herein, "transmission line" is to be read generally in the meaning of any medium capable of transmitting a particular waveform. Transmission line may refer to a wide range of media including, but not limited to, electrically conductive and mechanically oscillating media. According to the method, an exponential waveform is generated. The exponential waveform is determined by an exponential coefficient α. The waveform is applied to the transmission line to the waveform at a substantially constant propagation velocity and the propagation speed depends on α and a transmission parameter of the transmission line. As used herein, "transmission parameter" is generally intended to be read as any distinguishable characteristic of the media forming the transmission line.

In weiterer Hinsicht kann der Übertragungsparameter Induktion, Widerstand, Kapazität, Leitfähigkeit oder irgendeine Kombination davon von der Übertragungsleitung umfassen. Die Übertragungsgeschwindigkeit kann von α gemäß mehreren unterschiedlichen Gleichungen, wie z. B., jedoch nicht darauf beschränkt, den hierin beschriebenen abhängen. Ein Abschwächungskoeffizient der Wellenform kann ebenfalls von α gemäß mehreren unterschiedlichen Gleichungen, wie z. B., jedoch nicht darauf beschränkt, den hierin beschriebenen, abhängen. Die Übertragungsleitung kann einen elektrischen Leiter beinhalten. Die Übertragungsleitung kann eine Leiterbahn beinhalten. Die Übertragungsleitung kann eine Verzögerungsleitung beinhalten. Die Übertragungsleitung kann eine Verbindung beinhalten. Die Übertragungsleitung kann ein akustisches Medium beinhalten. Die Übertragungsleitung kann ein Diffusionsmedium beinhalten. Das Verfahren kann auch eine Veränderung von α als Antwort auf ein Eingangssignal zu dem Wellenformgenerator beinhalten. Das Verfahren kann auch die Ermittlung der Ausbreitungsgeschwindigkeit und der Berechnung der Übertragungsparameter unter Verwendung der Ausbreitungsgeschwindigkeit und des Exponential-Koeffizienten beinhalten. Die Ermittlung der Ausbreitungsgeschwindigkeit kann das Empfangen von Ausbreitungsinformation aus der Übertragungsleitung unter Verwendung eines oder mehrerer mit der Übertragungsleitung verbundener Empfangselemente beinhalten. Das eine oder die mehreren Empfangselemente können einen Schwellenwertdetektor beinhalten. Das Verfahren kann auch die Ermittlung einer Impedanzunstetigkeit der Übertragungsleitung und deren Stelle unter Verwendung des Exponential-Koeffizienten, der Ausbreitungsgeschwindigkeit und der Übertragungsparameter beinhalten. Das Verfahren kann auch die Veränderung des Exponential-Koeffizienten α beinhalten, um Information auf der Wellenform zu codieren. Das Verfahren kann auch die Überwachung einer modulierten Ausbreitungsgeschwindigkeit zum Decodieren von Information beinhalten. Das Verfahren kann auch die Überwachung modulierter Abschwächungsinformation zum Decodieren der Information beinhalten.In Further, the transmission parameter Induction, resistance, capacity, Conductivity or include any combination thereof from the transmission line. The transmission speed can of α according to several different equations, such. For example, but not limited to, the herein depend on. An attenuation coefficient The waveform may also vary from α according to several different ones Equations, such as B., but not limited to, the depend on it. The transmission line may include an electrical conductor. The transmission line can be a Include trace. The transmission line can be a delay line include. The transmission line can include a connection. The transmission line can be include acoustic medium. The transmission line can be Include diffusion medium. The procedure can also be a change of α as Include response to an input signal to the waveform generator. The method can also determine the propagation velocity and the calculation of the transmission parameters using the propagation velocity and the exponential coefficient include. The determination of the propagation speed can receiving propagation information from the transmission line using one or more connected to the transmission line Receive elements include. The one or more receiving elements can include a threshold detector. The procedure can also the determination of an impedance discontinuity of the transmission line and its Place using the exponential coefficient, the propagation velocity and the transmission parameter include. The method may also include the change of the exponential coefficient α, to encode information on the waveform. The procedure can also the surveillance a modulated propagation velocity for decoding Information include. The procedure can also be monitoring modulated attenuation information for decoding the information.

In weiterer Hinsicht ist die Erfindung ein Verfahren zum Übertragen einer Wellenform entlang einer Übertragungsleitung. Eine Exponential-Wellenform wird erzeugt. Die Exponential-Wellenform ist durch einen Exponential-Koeffizienten α gekennzeichnet. Die Wellenform wird an die Übertragungsleitung angelegt, um die Wellenform so zu übertragen, dass eine Abschwächungskonstante der Wellenform von α und einem Übertragungsparameter der Übertragungsleitung abhängt.In In another aspect, the invention is a method of transmission a waveform along a transmission line. An exponential waveform is generated. The exponential waveform is through an exponential coefficient α. The waveform will be sent to the transmission line applied to transmit the waveform so that an attenuation constant the waveform of α and a transmission parameter the transmission line depends.

In weiterer Hinsicht kann das Verfahren auch die Ermittlung einer Impedanzunstetigkeit der Übertragungsleitung und deren Lage unter Verwendung des Exponential-Koeffizienten, der Abschwächungskonstante und der Übertragungsparameter beinhalten.In In another aspect, the method may also include determining an impedance discontinuity the transmission line and their location using the exponential coefficient, the Attenuation constant and the transmission parameter include.

In weiterer Hinsicht ist die Erfindung ein Verfahren zum Berechnen der Übertragungseigenschaften einer unbekannten Wellenform aus zwei bekannten Wellenformübertragungseigenschaften. Eine Exponential-Wellenform wird so aufgebaut, dass sie entlang einer Übertragungsleitung mit einer im Wesentlichen konstanten Ausbreitungsgeschwindigkeit übertragen werden kann. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit hängt von einem Übertragungsparameter der Übertragungsleitung und einem Exponential-Koeffizienten der Wellenform ab. Der Übertragungsparameter definiert eine erste unbekannte Wellenformübertragungseigenschaft, die Ausbreitungsgeschwindigkeit definiert eine zweite unbekannte Wellenformübertragungseigenschaft, und der Exponential-Koeffizient definiert eine dritte unbekannte Wellenformübertragungseigenschaft. Eine von den drei unbekannten Wellenformeigenschaften wird berechnet, indem die restlichen zwei von den drei unbekannten Wellenformübertragungseigenschaften zwei bekannten Wellenformübertragungseigenschaften gleichgesetzt werden.In In another aspect, the invention is a method of calculation the transmission characteristics an unknown waveform of two known waveform transfer characteristics. An exponential waveform is constructed so that they pass along a transmission line transmitted at a substantially constant propagation speed can be. The propagation speed depends on a transmission parameter the transmission line and an exponential coefficient from the waveform. The transmission parameter defines a first unknown waveform transfer characteristic that Propagation velocity defines a second unknown waveform transfer property, and the exponential coefficient defines a third unknown Waveform transmission characteristic. One of the three unknown waveform properties is calculated by the remaining two of the three unknown waveform transfer characteristics two known waveform transfer characteristics be equated.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die nachfolgenden Zeichnungen bilden einen Teil der vorliegenden Beschreibung und sind beigefügt, um bestimmte Aspekte der vorliegenden Erfindung ausführlicher zu demonstrieren. Die Erfindung kann besser durch Bezugnahme auf eine oder mehrere von diesen Zeichnungen in Kombination mit der detaillierten Beschreibung der hierin präsentierten spezifischen Ausführungsformen verstanden werden.The The following drawings form a part of the present description and are attached to certain aspects of the present invention in more detail to demonstrate. The invention may be better understood by reference to one or more of these drawings in combination with the detailed description of the specific embodiments presented herein be understood.

1A und 1B sind graphische Darstellungen, welche positive Exponential-Wellenformen über einem Zeitintervall T darstellen. 1A and 1B FIG. 15 are graphs illustrating positive exponential waveforms over a time interval T. FIG.

2 ist ein allgemeines Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erzeugen positiver Exponential-Wellenformen gemäß der vorliegenden Offenbarung. 2 FIG. 4 is a general block diagram of an apparatus for generating positive exponential waveforms in accordance with the present disclosure. FIG.

3 ist ein Schaltbild einer Schaltung zum Erzeugen einer positiven Exponential-Wellenform gemäß der vorliegenden Offenbarung. 3 FIG. 12 is a circuit diagram of a circuit for generating a positive exponential waveform according to the present disclosure. FIG.

3B ist ein Schaltbild einer Schaltung zum Erzeugen einer positiven Exponential-Wellenform gemäß der vorliegenden Offenbarung. 3B FIG. 12 is a circuit diagram of a circuit for generating a positive exponential waveform according to the present disclosure. FIG.

4 ist ein Schaltbild einer Schaltung zum Erzeugen einer positiven Exponential-Wellenform gemäß der vorliegenden Offenbarung. 4 FIG. 12 is a circuit diagram of a circuit for generating a positive exponential waveform according to the present disclosure. FIG.

5 ist ein Schaltbild einer Schaltung zum Erzeugen einer positiven Exponential-Wellenform gemäß der vorliegenden Offenbarung. 5 FIG. 12 is a circuit diagram of a circuit for generating a positive exponential waveform according to the present disclosure. FIG.

6 ist eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen einer positiven Exponential-Wellenform gemäß der vorliegenden Offenbarung. 6 FIG. 10 is a block diagram of an apparatus for generating a positive exponential waveform according to the present disclosure. FIG.

7A ist ein Blockschaltbild einer Schaltung zum Erzeugen von Wellenformen, bei der sowohl die ansteigenden als auch abfallenden Flanken einer Wellenform positive Exponential-Funktionen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind. 7A FIG. 12 is a block diagram of a waveform generation circuit in which both the rising and falling edges of a waveform are positive exponential functions in accordance with the present disclosure.

7B ist eine graphische Darstellung von veranschaulichenden Wellenformen mit positiven Anstiegs- und Abfallflanken. 7B Figure 4 is a graphical representation of illustrative waveforms with positive rising and falling edges.

8 ist eine Graphik, welche das Eingangssignal (linke Kurve) und Ausgangssignal (rechte Kurve) einer langen Koaxialübertragungsleitung darstellt, welche mittels einer begrenzten positiven Exponential-Wellenform gemäß der vorliegenden Offenbarung betrieben wird. 8th FIG. 12 is a graph illustrating the input signal (left curve) and output signal (right curve) of a long coaxial transmission line operated by a limited positive exponential waveform according to the present disclosure.

9 ist eine graphische Darstellung, die die Laufzeit (tof) über dem Exponential-Koeffizienten Alpha (α) für eine lange Koaxialübertragungsleitung gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt. In dieser Figur bezieht sich die Bezugnahme auf HSPICE in der Legende auf ein kommerzielles Schaltungssimulations-Softwarepaket, das von Avant! Corp. (46871 Bayside Parkway, Fremont, CA 94538 beziehbar ist) und die eine Webseite unter www.avanticorp.com besitzt. 9 FIG. 12 is a graph illustrating the transit time (t of ) versus the exponential coefficient alpha (α) for a long coaxial transmission line in accordance with the present disclosure. FIG. In this figure, reference to HSPICE in the legend refers to a commercial circuit simulation software package developed by Avant! Corp. (46871 Bayside Parkway, Fremont, CA 94538) and has a website at www.avanticorp.com.

10 ist eine Tabelle experimenteller Ergebnisse einer Ansteuerung einer Koaxialübertragungsleitung von 30,5 m (100 feet) mit einer positiven Exponential-Wellenform mit einem variablen Exponential-Koeffizienten Alpha (α gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 10 FIG. 12 is a table of experimental results of driving a 30.5 m (100 feet) coaxial transmission line having a positive exponential waveform with a variable exponential coefficient alpha (α according to the present embodiment.

11 ist eine Skizze einer Übertragungsleitung und einer Testverbindung gemäß der vorliegenden Offenbarung. 11 FIG. 10 is a sketch of a transmission line and a test connection according to the present disclosure. FIG.

12 zeigt ein Schaltbild eines Eingangssignalimpuls-Wellenformgenerators gemäß der vorliegenden Offenbarung. 12 FIG. 12 is a circuit diagram of an input signal pulse waveform generator according to the present disclosure. FIG.

13 stellt einen Schwellenwertdetektor gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. 13 FIG. 10 illustrates a threshold detector in accordance with the present disclosure. FIG.

14 stellt ein Schaltbild eines Exponential-Wellenform-Impulsgenerators gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. 14 FIG. 12 illustrates a circuit diagram of an exponential waveform pulse generator according to the present disclosure. FIG.

15 stellt eine Konzeptauslegung des gesamten Messaufbaus dar, um Prinzipnachweisexperimente gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchzuführen. 15 FIG. 10 illustrates a conceptual design of the entire measurement setup to perform principle-proofing experiments according to the present embodiment.

BESCHREIBUNG VERANSCHAULICHENDER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF ILLUSTRATIVE EMBODIMENTS

Die derzeit offenbarten Verfahren und Systeme beinhalten die Fähigkeit, die Ausbreitungsgeschwindigkeit und Abschwächung von einem oder mehreren Signalimpulsen in Übertragungsleitungen zu verändern. Gemäß der hierin beschriebenen Methodik hängt die Ausbreitungsgeschwindigkeit und Abschwächung eines Impulses in einer verlustbehafteten Übertragungsleitung von der Form des an die Leitung angelegten Signals ab. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit und Abschwächung können durch Steuerung der Form des Signals kontrolliert werden. Insbesondere hat es sich herausgestellt, dass, wenn ein Exponentialsignal an eine verlustbehaftete Übertragungsleitung angelegt wird, die sich ergebende Ausbreitungsgeschwindigkeit und Abschwächung von einem Exponential-Koeffizienten (der Koeffizient kann positiv oder negativ sein) dieses Signals abhängt. Mit einem konstanten Exponential-Koeffizienten ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Wesentlichen konstant. Eine Änderung des Wertes des Exponential-Koeffizienten erzeugt eine kontrollierbare Ausbreitungsgeschwindigkeit und Abschwächung des variablen Signals.The presently disclosed methods and systems include the ability to vary the propagation speed and attenuation of one or more signal pulses in transmission lines. According to the methodology described herein, the propagation velocity and attenuation of a pulse in a lossy transmission line depends on the shape of the signal applied to the line. The propagation speed and attenuation can be controlled by controlling the shape of the signal. In particular, it has been found that when an exponential signal is applied to a lossy transmission line, the resulting propagation velocity and attenuation from an exponential coefficient (the coefficient may be positive or negative) of that signal hangs. With a constant exponential coefficient, the propagation velocity is essentially constant. A change in the value of the exponential coefficient produces a controllable propagation velocity and attenuation of the variable signal.

Mithilfe dieser Offenbarung können eine einstellbare Verzögerungsleitung (und eine einstellbare Abschwächungsleitung) unter Verwendung von einem oder mehreren Exponential-Impulssignalen als Eingangsimpulsen in einer Übertragungsleitungsschaltung implementiert werden. Der Betrag der Verzögerung kann kontrollierbar, ohne Signalpfade zu modifizieren, verändert werden, indem die Form des Eingangsimpulssignals geändert wird. Insbesondere kann die Verzögerung durch Verändern eines Exponential-Koeffizienten einer Exponential-Wellenform verändert werden. Die Fähigkeit, Verzögerungszeiten zu kontrollieren, stellt ein verbessertes Verfahren zur Reduzierung von Zeittaktversetzungen in vielen unterschiedlichen Arten von Schaltungen bereit.aid of this revelation an adjustable delay line (and an adjustable attenuation line) using one or more exponential pulse signals as Input pulses in a transmission line circuit be implemented. The amount of delay can be controlled, without modifying signal paths, be changed by the shape changed the input pulse signal becomes. In particular, the delay can by changing of an exponential coefficient of an exponential waveform. The ability, delay times to control, provides an improved method of reduction timing offsets in many different types of circuits ready.

Es hat sich auch herausgestellt, dass die Verzögerungsgeschwindigkeit und Abschwächung einer Exponential-Wellenform nicht nur von ihrem Exponential-Koeffizienten, sondern auch von verschiedenen Übertragungsparametern der Übertragungsleitung abhängt. Beispielsweise hat es sich herausgestellt, dass Widerstand, Induktivität, Kapazität und Leitfähigkeit einer Übertragungsleitung mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit und einem Exponential-Koeffizienten einer Exponential-Wellenform in Beziehung stehen. Da die Geschwindigkeit und Abschwächung einer Exponential-Impulswellenform von der Signalform sowie von den Übertragungsleitungsparametern abhängt, können die Leitungsparameter durch Messen der Antwort einer Leitung auf Exponentialsignale unterschiedlicher Formen ermittelt werden. Charakteristische Übertragungsleitungsparameter können bewertet werden, indem die Ausbreitungsgeschwindigkeit oder Signalabschwächung unter Verwendung eines bekannten Exponential-Koeffizienten berechnet wird, um sie nach einem unbekannten Leitungsparameter aufzulösen. Alternativ können die Ausbreitungsgeschwindigkeit oder Signalabschwächung bewertet werden, indem ein bekannter Exponential-Koeffizient und bekannte Übertragungsleitungsparameter verwendet werden. Alternativ können ein Exponential-Koeffizient durch Messen einer Ausbreitungsgeschwindigkeit oder Signalabschwächung auf einer Leitung mit bekannten Übertragungsleitungsparametern berechnet werden.It has also been found that the delay speed and attenuation an exponential waveform not only of its exponential coefficient, but also of different transmission parameters the transmission line depends. For example, it has been found that resistance, inductance, capacitance and conductivity a transmission line with the propagation velocity and an exponential coefficient an exponential waveform. Because the speed and mitigation an exponential pulse waveform from the waveform as well as from the transmission line parameters depends can the line parameters by measuring the response of a line Exponentialsignale different forms are determined. Characteristic transmission line parameters can be evaluated by the propagation speed or signal attenuation under Using a known exponential coefficient is calculated, to resolve them according to an unknown line parameter. alternative can the propagation velocity or signal attenuation is evaluated by using a known exponential coefficient and known transmission line parameters become. Alternatively you can an exponential coefficient by measuring a propagation velocity or signal attenuation a line with known transmission line parameters be calculated.

Um Parameter einer verlustbehafteten Übertragungsleitung zu gewinnen, kann ein Teststück eines Übertragungsleitungssegmentes mit einer Länge L mit einer Eingangsspannung betrieben werden, die eine Funktion wie z. B. Deαt enthält, welche abwechselnd zwei unterschiedliche Werte des Exponential-Koeffizienten α verwendet. Bei jedem α kann eine Messung der Ausbreitungszeit tof (wobei "of" eine "Laufzeit" bezeichnet) durchgeführt werden, und die Ausbreitungsgeschwindigkeiten können unter Verwendung von v = tof/L berechnet werden. Simultane Gleichungen (exemplarische Gleichungen werden nachstehend detaillierter diskutiert) mit einem oder mehreren Leitungsparametern zusammen mit α und der Geschwindigkeit v können dann zusammen mit gemessenen Werten von α und v genutzt werden, um einen oder mehrere Leitungsparameter zu ermitteln.In order to obtain parameters of a lossy transmission line, a test piece of a transmission line segment with a length L can be operated with an input voltage having a function such. B. De contains αt , which alternately uses two different values of the exponential coefficient α. At each α, a measurement of the propagation time t of (where "of" means a "runtime") can be performed, and the propagation velocities can be calculated using v = t of / L. Simultaneous equations (exemplary equations are discussed in more detail below) having one or more conduction parameters along with α and velocity v can then be used along with measured values of α and v to determine one or more conduction parameters.

Mithilfe der vorliegenden Erfindung können derzeitige Verbindungsmodellierungstechniken integrierter Schaltungen verbessert werden, da einfache Formeln verwendet werden können, um die Gesamtverzögerung oder Signalabschwächung sowohl in nicht-induktiven als auch induktiven Übertragungsnetzwerken mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu berechnen. Bei bekannter Beziehung zwischen einem Exponentialkoeffizienten einer Wellenform des Eingangssignal, Ausbreitungsgeschwindigkeit oder Signalabschwächung und einem oder mehreren Übertragungsleitungsparametern kann man genauer Zeitverzögerungen oder Signalabschwächung innerhalb eines Schaltkreises oder eines Satzes gekoppelter Übertragungsleitungsschaltkreise modellieren. Ferner kann man bei bekannten Übertragungsleitungsparametern einen gewünschten Exponential-Koeffizienten berechnen, der, wenn er auf eine Übertragungsleitung angewendet wird, eine gewünschte Verzögerungszeit oder eine gewünschte Signalabschwächung erzeugt. Mithilfe der vorliegenden Offenbarung wird ein Fachmann auf diesem Gebiet verstehen, dass diese Ergebnisse auf gekoppelte Schaltungen einschließlich gekoppelter Übertragungsleitungen angewendet werden können.aid of the present invention current interconnection modeling techniques of integrated circuits be improved because simple formulas can be used to the total delay or signal attenuation both in non-inductive and inductive transmission networks with a high To calculate degree of accuracy. With known relationship between an exponential coefficient of a waveform of the input signal, Propagation speed or signal attenuation and one or more transmission line parameters you can more accurately time delays or signal attenuation within a circuit or set of coupled transmission line circuits model. Furthermore, one can with known transmission line parameters a desired one Calculate exponential coefficients, which when applied to a transmission line is applied, a desired Delay Time or a desired one signal attenuation generated. The present disclosure will become a person skilled in the art understand in this field that these results are coupled to Circuits including coupled transmission lines can be applied.

Mithilfe der vorliegenden Offenbarungen umfassen weitere Anwendungen, die eine Exponential-Wellenform nutzen, aber nicht darauf beschränkt sind, die kontrollierbare Veränderung einer Ausbreitungsgeschwindigkeit und Abschwächung einer elektromagnetischen ebenen und/oder sphärischen Welle in elektrisch verlustbehafteten Medien; die kontrollierbare Veränderung einer Ausbreitungsgeschwindigkeit und Abschwächung von Schallwellen in verlustbehafteten akustischen Medien, wie z. B. viskosen und relaxierenden Gasen, Fluiden und Feststoffen; und die Implementation einer Signalmodulation in verlustbehafteten Kommunikationsverbindungen, in welchen Information transportiert wird, indem eine kontrollierte Veränderung in der Ausbreitungsgeschwindigkeit und/oder Signalabschwächung überwacht wird.aid The present disclosure includes other applications which use an exponential waveform, but are not limited to the controllable change a propagation speed and attenuation of an electromagnetic plane and / or spherical Wave in electrically lossy media; the controllable change a propagation velocity and attenuation of sound waves in lossy ones acoustic media, such as. As viscous and relaxing gases, fluids and solids; and the implementation of a signal modulation in lossy communication links in which information is transported by a controlled change in the rate of propagation and / or signal attenuation monitored becomes.

Die Betriebsweise der vorliegenden Offenbarung wird besser unter Bezugnahme auf Gleichungen verständlich, welche die Ausbreitung eines Signals entlang verschiedenen Medien beschreiben. Das Verhalten von bestimmten Übertragungsleitungen kann durch die Leitungsgleichung beschrieben werden. Verschiedene Versionen der Leitungsgleichung mit einer Exponential-Wellenform des Eingangssignals gemäß der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend aufgezählt. Durchgängig durch diese Offenbarungen werden Lösungen der verschiedenen Gleichungen als "SD"-Lösungen bezeichnet. Mit "SD" oder "sd" ist "Speedy Delivery" (schnelle Lieferung) gemeint, was ein vom Erfinder geprägter Begriff ist, um Gleichungen zu beschreiben, die die hierin offenbarten vorteilhaften Eigenschaften bereitstellen. Insbesondere sind die SD-Lösungen Wellenformen, die bei einer Geschwindigkeit und mit einer Abschwächung übertragen werden können, die von einen Exponential-Koeffizienten und einen oder mehreren Leitungsparameter abhängen.The Operation of the present disclosure will become better understood by reference understandable on equations, which is the propagation of a signal along different media describe. The behavior of certain transmission lines can be through the line equation will be described. Different versions the line equation with an exponential waveform of the input signal according to the present Revelation are listed below. Throughout these revelations become solutions of various equations referred to as "SD" solutions. With "SD" or "sd" is "Speedy Delivery" (fast delivery) meant, which is a term coined by the inventor, to equations to describe the advantageous properties disclosed herein provide. In particular, the SD solutions are waveforms that are included a speed and with a weakening that can be transmitted of an exponential coefficient and one or more line parameters depend.

Der Exponential-Koeffizient, welcher SD-Lösungen ermöglicht, kann positiv oder negativ sein, und die Wellenformen können sich in der positiven oder negativen Richtung ausbreiten. Zur Vereinfachung wird in den nachstehenden Beispielen der Exponential-Koeffizient als positiv angenommen und die Wellenformen breiten sich in der positiven Richtung aus. Hinsichtlich elektrischer Übertragungsleitungen, sind die vier in der Leitungsgleichung auftretenden Parameter R – Widerstand pro Längeneinheit, L – Induktivität pro Längeneinheit, C – Kapazität pro Längeneinheit und G – Leitwert pro Längeneinheit.The exponential coefficient, which allows SD solutions, can be positive or negative, and the waveforms can propagate in the positive or negative direction. For simplicity, in the examples below, the exponential coefficient is assumed positive and the waveforms propagate in the positive direction. With regard to electrical transmission lines, the four parameters occurring in the line equation are R Resistance per unit length, L Inductance per unit length, C - Capacity per unit length and G - Conductance per unit length.

Die erste Version der betrachteten Leitungsgleichung hat nicht verschwindende Werte für R und C.The first version of the considered line equation does not have vanishing values for R and C ,

1. RC-Leitung1. RC line

Die Leitungsgleichung in diesem Falle ist:

Figure 00100001
The line equation in this case is:
Figure 00100001

Die SD-Gleichung ist

Figure 00100002
wobei v(0, t) = Deαt die SD-Grenzbedingung ist.The SD equation is
Figure 00100002
where v (0, t) = De αt is the SD boundary condition.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Welle ist

Figure 00100003
oder die Ausbreitungsverzögerung dieser Welle pro Einheitsdistanz ist
Figure 00100004
wobei
Figure 00100005
ist. Somit hängen die Ausbreitungsgeschwindigkeit v und die Verzögerung pro Längeneinheit von dem Parameter
Figure 00100006
ab. Die Abschwächung dieser sich ausbreitenden Welle wird beschrieben durch:
Figure 00100007
The propagation speed of this wave is
Figure 00100003
or the propagation delay of that wave per unit distance
Figure 00100004
in which
Figure 00100005
is. Thus, the propagation velocity v and the delay per unit length depend on the parameter
Figure 00100006
from. The attenuation of this propagating wave is described by:
Figure 00100007

Somit ist der Ausbreitungskoeffizient

Figure 00100008
ebenfalls von
Figure 00100009
bhängig. Thus, the dispersion coefficient
Figure 00100008
also from
Figure 00100009
epending.

Der Strom in einer Übertragungsleitung genügt derselben partiellen Differentialgleichung wie die Spannung. Die SD-Stromwellenformen besitzen dieselbe Form wie die Spannung und somit hat der SD-Stromimpuls dieselben kontrollierbaren Ausbreitungsgeschwindigkeits- und Abschwächungseigenschaften wie die Spannung.Of the Electricity in a transmission line enough the same partial differential equation as the stress. The SD current waveforms have the same shape as the voltage and thus, the SD current pulse has the same controllable propagation velocity and attenuation characteristics like the tension.

2. Diffusion2. Diffusion

Das vorherige Beispiel der Leitungsgleichung hat dieselbe Form wie die Diffusionsgleichung, welche viele physikalische Phänomene, wie z. B. Wärmeleitung und andere Transportformen von Materie, beschreibt, die sich aus zufälligen Molekularbewegungen ergeben, wie es im Fachgebiet bekannt ist. Die SD-Ergebnisse der Wärmeleitung in der x-Richtung in einem isotropen Festkörper können wie folgt dargestellt werden:

Figure 00110001
wobei T(x, t) die Temperatur in dem Festkörper an dem Punkt x und zu dem Zeitpunkt t ist. Der Koeffizient k ist die Diffusivität.The previous example of the line equation has the same form as the diffusion equation, which many physical phenomena such. Thermal conduction and other forms of transport of matter resulting from random molecular motions, as known in the art. The SD results of the x-direction heat conduction in an isotropic solid can be represented as follows:
Figure 00110001
where T (x, t) is the temperature in the solid at point x and at time t. The coefficient k is the diffusivity.

Die SD-Lösung istThe SD solution is

Figure 00110002
Figure 00110002

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Wärmewelle ist v = √αk mit dem Abschwächungskoeffizienten √α/k.The propagation velocity of this heat wave is v = √ αk with the attenuation coefficient √ α / k ,

3. RLC-LeitungThird RLC -Management

Die Leitungsgleichung in diesem Falle ist:

Figure 00110003
und die SD-Gleichung umfasst:
Figure 00110004
The line equation in this case is:
Figure 00110003
and the SD equation includes:
Figure 00110004

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Welle ist

Figure 00110005
oder die Ausbreitungsverzögerung pro Längeneinheit ist
Figure 00120001
oder The propagation speed of this wave is
Figure 00110005
or the propagation delay per unit length
Figure 00120001
or

Figure 00120002
Figure 00120002

Wiederum hängt v (oder τ) von α (oder τsd) ab. Die Abschwächung wird beschrieben durch

Figure 00120003
und der Abschwächungskoeffizient ist
Figure 00120004
welcher ebenfalls von α abhängt.Again v (or τ) depends on α (or τ sd ). The weakening is described by
Figure 00120003
and the attenuation coefficient is
Figure 00120004
which also depends on α.

4. CLG-Leitung4th CLG -Management

Eine weitere Version der Leitungsgleichung hat nicht verschwindende Werte für G, L und C:

Figure 00120005
Another version of the line equation does not have vanishing values for G . L and C :
Figure 00120005

Diese hat dieselbe Form wie der vorstehende (RLC)-Fall, wobei die Ausbreitungsgeschwindigkeit, die Verzögerung pro Längeneinheit und die Abschwächungsausdrücke durch Ersetzen von RC durch LG in den vorherigen Ergebnissen erhalten werden.

Figure 00120006
oder,
Figure 00120007
und der Abschwächungskoeffizient ist.This has the same shape as the one above ( RLC ) Case, where the propagation velocity, the delay per unit length and the attenuation expressions are replaced by RC by LG obtained in the previous results.
Figure 00120006
or,
Figure 00120007
and the attenuation coefficient is.

5. Ausbreitung einer elektromagnetischen ebenen Welle in einem verlustbehafteten Medium5. Propagation of an electromagnetic plane wave in a lossy medium

Die Ausbreitung einer elektromagnetischen ebenen Welle in der x-Richtung und mit den Feldkomponenten Ey und Hz kann durch zwei Gleichungen beschrieben werden:

Figure 00130001
und dieselbe für HZ
Figure 00130002
wobei μ die elektrische Permeabilität des Mediums repräsentiert, ε die elektrische Permittivität des Mediums repräsentiert und σ die elektrische Leitfähigkeit des Mediums repräsentiert.The propagation of an electromagnetic plane wave in the x-direction and with the field components E y and H z can be described by two equations:
Figure 00130001
and the same for HZ
Figure 00130002
where μ represents the electrical permeability of the medium, ε represents the electrical permittivity of the medium and σ represents the electrical conductivity of the medium.

Ein Vergleich dieser Gleichungen mit der Leitungsgleichung derselben Form mit nicht verschwindenden Werten für C-, -L und G-Parameter zeigt einen analogen Satz von Beziehungen: CLG -Übertragungsleitung Ebene EM-Welle in verlustbehafteten Medium V (Volt) E (Volt) I (Ampere) H (Ampere) C (Farad/m) ε (Farad/m) L (Henry/m) μ (Henry/m) G (Siemens/m) σ (Siemens/m) und, die Ausbreitungsgeschwindigkeit der SD-Lösungen für Ey und Hz ist

Figure 00130003
mit dem Abschwächungskoeffizienten
Figure 00140001
A comparison of these equations with the line equation of the same form with non - vanishing values for C- , - L and G Parameter shows an analogous set of relationships: CLG transmission line Level EM wave in lossy medium V (volts) E (volts) I (ampere) H (ampere) C (Farad / m) ε (Farad / m) L (Henry / m) μ (Henry / m) G (Siemens / m) σ (Siemens / m) and, the propagation speed of the SD solutions is for E y and H z
Figure 00130003
with the attenuation coefficient
Figure 00140001

Eine weitere Version, wobei nur L und G nicht-Null sind, ist analog zu dem RC-Fall, wobei LG RC in den Ausdrücken für die Geschwindigkeit, Zeitverzögerung und die Abschwächung der sich ausbreitenden Welle ersetzt.Another version, with only L and G are not zero, is analogous to that RC Case, where LG RC replaced in the expressions for the speed, time delay and attenuation of the propagating wave.

Die Ergebnisse für alle vier Parameter mit nicht verschwindenden Werten folgen. Die Leitungsgleichung in diesem Falle ist

Figure 00140002
und die SD-Wellenlösung enthältThe results for all four parameters with non-vanishing values follow. The line equation in this case is
Figure 00140002
and contains the SD wave solution

Figure 00140003
Figure 00140003

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Welle ist

Figure 00140004
und die Verzögerung pro Längeneinheit ist
Figure 00140005
oder
Figure 00140006
und die Abschwächung dieser Welle istThe propagation speed of this wave is
Figure 00140004
and the delay per unit length
Figure 00140005
or
Figure 00140006
and the weakening of this wave is

Figure 00150001
Figure 00150001

Somit ist der Abschwächungskoeffizient

Figure 00150002
Thus, the attenuation coefficient is
Figure 00150002

Wiederum hängen die Ausbreitungsgeschwindigkeit, die Verzögerungszeit pro Längeneinheit und die Abschwächung der Welle von α (oder τsd) ab.Again, the propagation velocity, the delay time per unit length and the attenuation of the wave depend on α (or τ sd ).

6. Komplexe frequenzabhängige Parameter6. Complex frequency-dependent parameters

Die Übertragungsleitungsparameter sind in einigen Anwendungen frequenzabhängig. Einige Beispiele sind, wenn R = R(s) aufgrund von Eindringtiefe-Effekten ist, L = L(s) ist, da Stromrücklaufpfade frequenzabhängig sind, und G = G(s) ist, der sich aus frequenzabhängigen elektrischen Verluste ergibt. So wie hierin verwendet, bezeichnet "s" eine komplexe Variable.The transmission line parameters are frequency dependent in some applications. Some examples are, though R = R (s) due to penetration depth effects, L = L (s) is because current return paths are frequency dependent, and G = G (s) resulting from frequency dependent electrical losses. As used herein, "s" denotes a complex variable.

Die SD-Lösung für die Leitungsgleichung mit vier Parametern mit frequenzabhängigen Effekten in den vier Parameter R(s), L(s), G(s), C(s) ist

Figure 00150003
und die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Welle ist
Figure 00150004
mit der Abschwächung
Figure 00150005
The SD solution for the four parameter line equation with frequency dependent effects in the four parameters R (S), L (S), G (S), C (s is
Figure 00150003
and the propagation speed of this wave is
Figure 00150004
with the weakening
Figure 00150005

Der Abschwächungskoeffizient istOf the attenuation coefficient is

7. Sphärische Wellen in Drei-Dimensionen7. Spherical waves in three-dimensions

Die verschiedenen Versionen der Leitungsgleichung können auf einen 3D-Raum verallgemeinert werden, indem die Formel

Figure 00160001
durch den Laplace-Operator V 2 ersetzt wird. Wir veranschaulichen die Verallgemeinerung auf den 3D-Raum unter Verwendung des Beispiels der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle. Wenn die elektromagnetischen Wellen abgehende sphärische Vektorwellen sind, d. h., wenn die Lösungen Eθ = Eθ(r, t) und Hϕ = Hϕ(r, t) Funktionen des radialen Abstandes (r) und der Zeit (t), aber nicht der Winkelkoordinaten θ, ϕ sind, genügen dann die vorstehend beschriebenen SD-Gleichungen, modifiziert durch Division mit dem radialen Abstand r, den erzeugten 3-dimensionsionalen Ausbreitungsgleichungen, wenn in allen Versionen der Leitungsgleichung
Figure 00160002
durch
Figure 00160003
ersetzt ist. Somit genügen rEθ(r, t) und rHϕ (r, t) derselben Leitungsgleichung wie zuvor, wobei x durch r ersetzt ist. Die Ausbreitungsgeschwindigkeiten der sphärischen Vektorwellen entlang der radialen Richtung sind dieselben wie die, die vorstehend für die Ausbreitung entlang der x-Achse erhalten wurden. Die Wellenformabschwächung hat den Einfluss des zusätzlichen 1/r-Faktors, sowie dieselbe vorherige α-Abhängigkeit in dem abfallenden Exponential-Koeffizienten. Es werde die sphärisch symmetrische drei-dimensionale Version der elektromagnetischen Wellengleichung für Eθ betrachtet.The different versions of the line equation can be generalized to a 3D space by using the formula
Figure 00160001
through the Laplace operator V 2 is replaced. We illustrate the generalization to the 3D space using the example of the propagation of an electromagnetic wave. If the electromagnetic waves are outgoing spherical vector waves, ie, if the solutions E θ = E θ (r, t) and H φ = H φ (r, t) functions of the radial distance (r) and the time (t), but are not the angular coordinates θ, φ, then the above-described SD equations, modified by dividing by the radial distance r, satisfy the generated 3-dimensional propagation equations, if in all versions of the line equation
Figure 00160002
by
Figure 00160003
is replaced. Thus, rE θ (r, t) and rH φ (r, t) satisfy the same line equation as before, where x is replaced by r. The propagation velocities of the spherical vector waves along the radial direction are same as those obtained above for propagation along the x-axis. The waveform attenuation has the influence of the additional 1 / r factor, as well as the same previous α-dependency in the decaying exponential coefficient. It will consider the spherically symmetric three-dimensional version of the electromagnetic wave equation for E θ.

Figure 00160004
Figure 00160004

Da r konstant ist, ist

Figure 00160005
und das Herauskürzen der 1/r-Terme ergibt dieselbe Leitungsgleichungsform wie zuvor. Somit ist die SD-Lösung
Figure 00170001
und die Ausbreitungsgeschwindigkeit im 3D-Raum entlang der radialen Richtung ist
Figure 00170002
welche dieselbe Form wie die zuvor für die Ausbreitungsgeschwindigkeit in dem eindimensionalen Falle entlang der x-Achse ist. Die Größe von Eθ(r, t) und Hϕ(r, t) nehmen mit als 1/r ab.Since r is constant, is
Figure 00160005
and truncating the 1 / r terms gives the same line equation form as before. Thus, the SD solution
Figure 00170001
and the propagation velocity in 3D space is along the radial direction
Figure 00170002
which is the same shape as before for the propagation velocity in the one-dimensional trap along the x-axis. The size of E θ (r, t) and H φ (r, t) decrease with 1 / r.

Figure 00170003
Figure 00170003

und der exponentielle Abfallkoeffizient ist

Figure 00170004
and the exponential decay coefficient
Figure 00170004

8. Ergebnisse für weitere Formen von verlustbehafteten Wellengleichungen8. Results for other forms of lossy wave equations

Die SD-Ergebnisse erstrecken sich auf weitere Formen von verlustbehafteten Wellengleichungen, die nicht mit einer Version der Leitungsgleichung übereinstimmen. Ein derartiger Fall sind akustische ebene Wellen, die in einem Viskosenabsorptionsmedium wandern. In diesem Falle ist die verlustbehaftete Wellengleichung gleich

Figure 00170005
wobei:

ξ
= Partikelauslenkung aus der Gleichgewichtsposition entlang der x-Achse,
c
= die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle in dem Medium ohne Viskosität ,
R
= effektive Viskosität,
ρ0
= konstante Gleichgewichtsdichte des Mediums ist.
The SD results extend to other forms of lossy wave equations that do not match a version of the line equation. One such case is acoustic plane waves traveling in a viscose absorption medium. In this case, the lossy wave equation is the same
Figure 00170005
in which:
ξ
= Particle displacement from the equilibrium position along the x-axis,
c
= the propagation velocity of the wave in the medium without viscosity,
R
= effective viscosity,
ρ 0
= constant equilibrium density of the medium.

Die SD-Wellenlösung für diese Gleichung ist

Figure 00180001
und die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist
Figure 00180002
mit der Wellenformabschwächung
Figure 00180003
The SD wave solution for this equation is
Figure 00180001
and the propagation speed is
Figure 00180002
with the waveform attenuation
Figure 00180003

Frequenzabhängige Parameter sind hier in der SD-Ausbreitungsgeschwindigkeit und der Abschwächung in derselben Weise untergebracht, wie sie es in der Leitungsgleichung waren. D. h., wenn c = c(s) ist, werden dann die vorstehenden Ausdrücke für v und die Abschwächung modifiziert, indem c2 durch c2(α) modifiziert wird.Frequency-dependent parameters are accommodated here in the SD propagation speed and the attenuation in the same way as they were in the line equation. That is, if c = c (s), then the above expressions for v and the attenuation are modified by modifying c 2 by c 2 (α).

Ein zweites Beispiel einer akustischen Welle ist die Ausbreitung von Schall in einem chemisch reagierenden Fluid, das aus zwei oder mehr Bestandteilen besteht (wie z. B. Meerwasser). Das nachstehende Beispiel steht für ein Fluid mit zwei Bestandteilen: τ(Ptt – c2 Pxx)t + (Ptt – c20 Pxx) = 0wobei c und c0 die Schallgeschwindigkeiten bei unbegrenzter Frequenz und Null-Frequenz sind, τ die Relaxationszeit in Verbindung mit der chemischen Reaktion der zwei Bestandteile ist und P der Schallwellendruck ist. Die SD-Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Schallwelle ist

Figure 00180004
mit der AbschwächungA second example of an acoustic wave is the propagation of sound in a chemically reacting fluid consisting of two or more constituents (such as seawater). The following example represents a fluid with two components: τ (P tt - c 2 P xx ) t + (P tt - c 2 0 P xx ) = 0 where c and c 0 are the velocities at infinite frequency and zero frequency, τ is the relaxation time associated with the chemical reaction of the two components, and P is the sound wave pressure. The SD propagation speed of this sound wave is
Figure 00180004
with the weakening

Figure 00190001
Figure 00190001

Die vorstehende Diskussion von Verfahren zur Verwendung von SD-Wellenformen zum Steuern der Ausbreitungsgeschwindigkeit und Abschwächung von akustischen Wellen kann angewendet werden, um Information zu extrahieren, welche viskose, akustisch absorbierende Medien und chemisch reagierende akustische Medien charakterisiert. Insbesondere kann man durch Messen der Ausbreitungsgeschwindigkeit mit einem bekannten Exponential-Koeffizienten einen oder mehrere akustische Parameter ermitteln.The above discussion of methods of using SD waveforms for controlling the propagation velocity and attenuation of acoustic waves can be applied to extract information which are viscous, acoustically absorbing media and chemically reactive characterized by acoustic media. In particular, you can by measuring the propagation velocity with a known exponential coefficient determine one or more acoustic parameters.

Ein weiteres Beispiel einer verlustbehafteten Ausbreitung in einem thermischen Problem, das nicht mit einer Version der Leitungsgleichung übereinstimmt, ist eine partielle Differential-Integral-Gleichung, die den Temperaturausgleichsvorgang beschreibt, der sich aus der Wärmeleitung entlang einem Mikrostreifenleiter oder einem gut leitendem in einem Substrat mit geringerer Leitfähigkeit vergrabenen Stab ergibt:

Figure 00190002
wobei T(x, t) die Temperatur entlang der Leitung (oder dem Stab) ist, κ die thermische Diffusivität ist, K die thermische Leitfähigkeit ist und A die Querschnittsfläche der Leitung (Stabes) ist. g(t) repräsentiert die angenäherte Green-Funktion der thermischen Leitung aus der(m) erwärmten Leitung (Stab) in das Substrat unter Weglassung der räumlichen Abhängigkeit.Another example of lossy propagation in a thermal problem that does not conform to a version of the line equation is a partial differential-integral equation describing the temperature compensation process that results from heat conduction along a microstrip or a well-conductive one in a substrate lower conductivity buried bar results in:
Figure 00190002
where T (x, t) is the temperature along the conduit (or rod), κ is the thermal diffusivity, K is the thermal conductivity, and A is the cross-sectional area of the conduit (rod). g (t) represents the approximate Green function of the thermal conduction from the (m) heated line (bar) into the substrate, leaving out the spatial dependence.

Die SD-Wellenlösung dieser Gleichung ist (G(s) ist Laplace-Transformierte von g(t)

Figure 00190003
mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit
Figure 00190004
und die Wellenformabschwächung istThe SD wave solution of this equation is (G (s) is Laplace transform of g (t)
Figure 00190003
with the propagation speed
Figure 00190004
and the waveform attenuation is

Figure 00200001
Figure 00200001

In einer die vorstehende Methodik anwendenden Ausführungsform kann eine Exponentialwelle erzeugt werden, indem lokal ein Material, wie z. B. ein Stab oder eine Leiterbahn mit einem Laserstrahl oder einer anderen Quelle erhitzt wird, und der Strahl entlang einem Pfad, wie z. B. einem Stab oder einer Leiterbahn, mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird. In einer derartigen Ausführungsform ist das sich ergebende Temperaturprofil entlang des Pfades (welcher ein Stab oder eine Leiterbahn sein kann) eine Exponential-Wellenform (T(x)t der vorstehend dargestellten Form, die sich mit der Geschwindigkeit der sich bewegenden lokalisierten Wärmequelle ausbreitet.In An embodiment employing the above methodology may use an exponential wave be generated by locally a material such. As a rod or a trace with a laser beam or another source is heated, and the beam along a path, such. B. one Rod or a track, at a constant speed is moved. In such an embodiment, the resulting temperature profile is along the path (which can be a rod or track) an exponential waveform (T (x) t of the form shown above, which varies with speed of the moving localized heat source.

Ähnliche Demonstrationen der derzeitig offenbarten Methodik können in anderen Medien dargestellt werden, indem die Lösung des stabilen Zustands für Differentialgleichungen, einschließlich Sätzen gekoppelter Gleichungen berücksichtigt wird, welche die Wellenausbreitung einer Exponential-Wellenform in diesen Medien beschreibt. Für weitere Medien kann eine Eingangssignalwellenform mit einem Exponential-Koeffizienten angenommen werden, und die entsprechenden Ausbreitungsgleichungen können dementsprechend gelöst werden, um die Beziehung zwischen dem Exponential-Koeffizienten, der Ausbreitungsgeschwindigkeit, der Wellenabschwächung und einem oder mehreren Übertragungsleitungsparametem zu ermitteln. Die Lösung derartiger Ausbreitungsgleichungen unter Verwendung einer bekannten Eingangssignalwellenform kann unter Anwendung einer Vielzahl im Fachgebiet mathematischer Verfahren erreicht werden.Similar Demonstrations of the currently disclosed methodology can be found in other media are represented by the solution of the stable state for differential equations, including records considered coupled equations which is the wave propagation of an exponential waveform in this media describes. For additional media may have an input signal waveform with an exponential coefficient and the corresponding propagation equations can solved accordingly be the relationship between the exponential coefficient, the propagation velocity, the wave attenuation and one or more transmission line parameters to investigate. The solution such propagation equations using a known Input signal waveform can be applied using a variety in Subject area mathematical methods are achieved.

Die Übertragung von Energiesignalen gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht auch die Steuerung der Eindringtiefe von sich ausbreitenden Wellen in dreidimensionalen Medien durch die Steuerung von α. Für den Fall einer Übertragung von Signalen in elektromagnetischen Übertragungsleitungen ermöglichen die Verfahren und Systeme der vorliegenden Offenbarung eine Steuerung der Eindringtiefe von Leitungsströmen in die leitende Struktur einer Übertragungsleitung. Eine ähnliche Steuerung der Eindringtiefe von sich ausbreitenden Energiesignalen in dreidimensionalen Medien kann mithilfe der vorliegenden Offenbarung erzielt werden, bei der Energiesignale andere als elektromagnetische, wie z. B., jedoch nicht darauf beschränkt, thermische, diffundierende oder akustische sind.The transfer of energy signals according to the present invention Revelation allows also the control of the penetration depth of propagating waves in three-dimensional media through the control of α. In the case a transmission of signals in electromagnetic transmission lines allow the Methods and systems of the present disclosure include control the penetration depth of line currents in the conductive structure a transmission line. A similar Control of the penetration depth of propagating energy signals in three-dimensional media, using the present disclosure energy signals other than electromagnetic, such as B., but not limited to thermal, diffusing or acoustic ones.

Für Anwendungen, in welchen das Signal nicht-elektromagnetisch ist, muss man einen Wandler benutzen, um, wie im Fachgebiet bekannt, ein elektrisches Signal in ein für eine spezielle Anwendung geeignetes umwandeln. Ein derartiger Wandler kann in einer Rückkopplungsschleife mit einem Leistungsverstärker enthalten sein, der, wie im Fachgebiet bekannt, zum Betreiben des Wandlers verwendet wird. In weiteren Anwendungen kann ein Wandler eine Impedanzanpassung an eine elektromagnetische Leitung ausführen, oder ein Spannungssignal in ein akustisches Signal umwandeln. Wandler für verschiedene Übertragungsmedien sind kommerziell erhältlich und Beispiele beinhalten Lautsprecher, piezoelektrische Vorrichtungen, Antennen, thermische Heizelemente und beliebige andere im Fachgebiet bekannte Wandler.For applications, in which the signal is non-electromagnetic, you have a Use transducers to provide an electrical, as known in the art Signal in for to convert a special application suitable. Such a converter can in a feedback loop with a power amplifier which, as known in the art, for operating the Converter is used. In other applications, a converter perform an impedance match to an electromagnetic line, or convert a voltage signal into an acoustic signal. converter for different transmission media are commercially available and examples include loudspeakers, piezoelectric devices, Antennas, thermal heating elements and any others in the art known converter.

1A und 1B stellen Beispiele von Exponential-Wellenformen dar, die gemäß den vorliegend beschriebenen Verfahren und Systemen verwendet werden können. Die Wellenform von 1A ist eine positive Exponential-Wellenform mit einer Anfangsbedingung von 0 und mit verschiedenen maximalen Amplituden, die mit gestrichelten Linien dargestellt sind. Die Wellenform in 1B ist eine positive Exponential-Wellenform mit einem Anfangswert von D und verschiedenen maximalen Amplituden, die mit gepunkteten Linien dargestellt sind. 1A and 1B Examples of exponential waveforms that may be used in accordance with the methods and systems described herein. The waveform of 1A is a positive exponential waveform with an initial condition of 0 and with different maximum amplitudes those shown with dashed lines. The waveform in 1B is a positive exponential waveform with an initial value of D and different maximum amplitudes, shown with dotted lines.

Wie es für einen Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich ist, müssen die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Eingangssignale nicht gleich Deαt sein, und in einem allgemeineren Falle kann eine geeignete Eingangssignalwellenform durch eine Funktion wie z. B., jedoch nicht darauf beschränkt, gleich:
Vin = Deαt + A + f(t) dargestellt werden, wobei f(t) nicht die Form eαt enthält.
As will be apparent to one of ordinary skill in the art , the input signals used in the present invention need not be equal to De αt , and in a more general case, a suitable input signal waveform may be represented by a function such as a. B. but not limited to the same:
V in = De αt + A + f (t), where f (t) does not contain the form e αt .

Die additive Funktion f(t) bringt keine Abweichung von der Lösung der verschiedenen Wellengleichungen, wie z. B. den vorstehend diskutierten Gleichungen. Mit der Zeit dominiert der eαt enthaltende Term die Lösung des stabilen Zustands, und die Eigenschaften der Ausbreitungswelle sind so, wie hierin beschrieben. Die Konstante "A" kann verwendet werden, um Wellenformanfangsbedingungen festzulegen und kann sich daher in vielen Anwendungen als nützlich erweisen.The additive function f (t) brings no deviation from the solution of the different wave equations, such. The equations discussed above. Over time, the term containing e αt dominates the solution of the stable state, and the characteristics of the propagation wave are as described herein. The constant "A" can be used to set waveform initial conditions and may therefore prove useful in many applications.

Da positive Exponential-Wellenformen kontinuierlich zunehmen, können praktische Überlegungen die Notwendigkeit erzeugen, die Wellenform an einem bestimmten Pegel, der durch die spezifische Anwendung bestimmt ist, zu beschneiden oder zu begrenzen. Die Beschneidung kann durch verschiedene Verfahren erreicht werden, wie es im Fachgebiet bekannt ist.There Positive exponential waveforms can increase steadily, making practical considerations the need to generate the waveform at a certain level, which is determined by the specific application to crop or limit. The circumcision can be done by different methods can be achieved, as is known in the art.

Die Nutzung einer positiven Exponential-Funktion als eine Störfunktion an einem Eingang eines Übertragungsmediums erfordert die Erzeugung eines geeigneten Signals. Man kann eine Exponential-Wellenform verwenden, welche für die Erzeugung einer konstanten Ausbreitungsgeschwindigkeit wie hierin beschrieben geeignet ist, und diese Exponential-Wellenform kann, wie im Fachgebiet der Elektronik bekannt, auf verschiedene Arten erzeugt werden. Beispielsweise kann man eine Wellenform mit einem einzigen Sprung mit einer positiven Exponential-Funktion über einen Zeitintervall T erzeugen, oder man kann sich wiederholende Wellenformen mit sich wiederholendem ansteigenden, abfallenden oder ansteigenden und abfallenden Flanken verwenden, die durch eine positive Exponential-Funktion definiert sind. Positive Exponential-Wellenformen können sich in der Praxis als schwierig erweisen, da sie theoretisch ohne Grenzwert ansteigen. In praktischen Anwendungen kann der Exponentialanteil über ein bestimmtes Zeitintervall angelegt werden und nach diesem Intervall kann das Signal, wie im Fachgebiet bekannt, beschnitten oder auf einen Anfangswert zurückgeführt werden. Die Beendigung oder Beschneidung der Wellenform ist vollkommen beliebig und ist lediglich eine Notwendigkeit von speziellen Anwendungen und ist seitens der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich.The Use of a positive exponential function as a disturbance function at an input of a transmission medium requires the generation of a suitable signal. You can do one Exponential waveform, which is used for generating a constant Propagation speed is suitable as described herein, and this exponential waveform can, as known in the art of electronics, on different Species are generated. For example, you can use a waveform with a single jump with a positive exponential function over one Time interval T generate, or you can use repetitive waveforms with repetitive ascending, descending or ascending and use falling edges through a positive exponential function are defined. Positive exponential waveforms can become prove difficult in practice, as they theoretically have no limit increase. In practical applications, the exponential component over a certain time interval are created and after this interval For example, the signal may be clipped or trimmed as known in the art be returned to an initial value. Termination or truncation of the waveform is completely arbitrary and is merely a necessity of special applications and is not required by the present invention.

2 stellt in Blockschaltbildform ein System dar, das zum Erzeugen geeigneter Wellenformen verwendet werden kann. Zwei Rückkopplungsschleifen sind für das Blockschaltbild in 2 dargestellt. Die Rückkopplungsschleife 109 kann verwendet werden, wenn ein Wandlerausgangssignal dazu gezwungen wird, einer Eingangsspannung zu folgen. Die Rückkopplungsschleife 108 kann verwendet werden, wenn ein gemessener Parameter zur Steuerung des Exponential-Koeffizienten α rückgekoppelt wird. Das Gerät 105 stellt eine Zusammensetzung von Funktionen zum Empfangen, Detektieren, Verarbeiten und Zurücksenden von Information an einen Generator zum Modifizieren des Ausgangssignals des Exponentialgenerators dar. 2 illustrates in block diagram form a system that can be used to generate suitable waveforms. Two feedback loops are for the block diagram in 2 shown. The feedback loop 109 can be used when a transducer output signal is forced to follow an input voltage. The feedback loop 108 can be used if a measured parameter is fed back to control the exponential coefficient α. The device 105 FIG. 10 illustrates a composition of functions for receiving, detecting, processing, and returning information to a generator for modifying the output of the exponential generator.

Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird erkennen, dass es mehrere Verfahren zum Erzeugen einer eine Exponential-Wellenform erzeugenden Schaltung gibt. Schaltungen zum Erzeugen negativer Exponential-Wellenformen sind üblich. Jedoch sind diejenigen, welche positive Exponentialsignale erzeugen, selten. Drei Schaltungen für allgemeine Wellenformen können insbesondere für die Durchführung von hierin beschriebenen Ausführungsformen nützlich sein und werden nachstehend dargestellt.One One skilled in the art will recognize that there are several methods for generating an exponential waveform generating circuit gives. Circuits for generating negative exponential waveforms are common. However, those that generate positive exponential signals are Rare. Three circuits for general waveforms can especially for the implementation of embodiments described herein useful and are presented below.

Schaltungsmethodik 1Circuit Methodology 1

Die Methodik 1 nutzt Wellenformen, die sich aus der Lösung für die Differentialgleichung:
Formel ergeben: v(t) = k(d)v(t)/dt)
The methodology 1 uses waveforms resulting from the solution to the differential equation:
Formula result: v (t) = k (d) v (t) / dt)

3A und 3B stellen Blockschaltbilder der Schaltungsmethodik 1 sowie eine Lösung mit Operationsverstärkerschaltung dar. Operationsverstärker 241 können in wenigstens drei unterschiedlichen Konfigurationen verwendet werden, um einen invertierenden Summierverstärker 200, einen invertierenden Integrator 202 und Verstärker 104 zu erzeugen. Widerstände 231 und 230 können die Verstärkung des Sprungeingangssignals 204 festlegen, das einen positiven Exponentialanteil der allgemeinen Form Deαt startet. Der Kondensator 234 kann durch einen FET 200 in einem zurückgesetzten Zustand gehalten werden, bis ein Eingangssignal 204 einen Zyklus startet. Das Ausgangssignal des Summierverstärkers 200 kann einem Verstärker 104 zugeführt werden, der das Signal invertiert und verstärkt, um eine positive Exponential-Wellenform zu erzeugen. Dioden 237, 238 und 239 können ein bidirektionales Begrenzungsnetzwerk in der Rückkopplung des Verstärkers 104 ausbilden. Die Dioden 237 und 239 sind Zenerdioden, deren Zenerspannungen verändert werden können, um Begrenzungsbereiche zu ändern. Die Spannung an dem positiven Eingang des Verstärkers 104 kann verändert werden, um den unteren Grenzwert zu verändern. Die Schaltung in 3B ist eine Ausführungsform einer Schaltung, die dazu verwendet werden kann, die Differentialgleichung zu lösen, deren Lösung eine positive Exponential-Funktion über der Zeit ist. 3A and 3B provide block diagrams of the circuit methodology 1 and an operational amplifier circuit solution 241 may be used in at least three different configurations to provide an inverting summing amplifier 200 , an inverting integrator 202 and amplifiers 104 to create. resistors 231 and 230 can increase the gain of the jump input signal 204 which starts a positive exponential component of the general form De αt . The Kon capacitor 234 can through a FET 200 be held in a reset state until an input signal 204 starts a cycle. The output signal of the summing amplifier 200 can be an amplifier 104 which inverts and amplifies the signal to produce a positive exponential waveform. diodes 237 . 238 and 239 can be a bidirectional limiting network in the feedback of the amplifier 104 form. The diodes 237 and 239 are zener diodes whose zener voltages can be varied to change boundary areas. The voltage at the positive input of the amplifier 104 can be changed to change the lower limit. The circuit in 3B is one embodiment of a circuit that can be used to solve the differential equation whose solution is a positive exponential function over time.

Schaltungsmethodik 2Circuit Methodology 2

Die Methodik 2 verwendet eine Diode, die einen Strom hat, der eine positive Exponential-Funktion einer Spannung Vd ist, und macht Vd zu einer linearen Zeitfunktion, und nutz den sich ergebenden Strom, um eine Spannung zu erzeugen, die eine positive Exponential-Funktion über der Zeit ist.Method 2 uses a diode that has a current that is a positive exponential function of a voltage V d , and makes V d a linear time function, and uses the resulting current to generate a voltage that is a positive exponential Function over time.

4 stellt ein schematisches Schaltbild der Schaltungsmethodik 2 dar. Ein getriggerter Rampengenerator 401 mit einer Offsetspannung 402 spannt die Diode 400 auf den Einschaltschwellenwert vor. Das Gattersignal 403 startet die lineare Rampe, welche einen Diodenstrom erzeugt, der eine positive Exponential-Funktion über der Zeit ist, und welcher eine gleichartige Spannung erzeugt, wenn er in den Widerstand 404 fließt. 5 stellt eine Ausführungsform dar, in welcher der Diodenstrom als eine Funktion von Spannung dazu genutzt werden kann, um eine positive Exponentialspannung über der Zeit zu implementieren. 4 provides a schematic diagram of the circuit methodology 2 dar. A triggered ramp generator 401 with an offset voltage 402 clamps the diode 400 to the switch-on threshold. The gate signal 403 starts the linear ramp, which generates a diode current that is a positive exponential function over time, and which generates a similar voltage when it enters the resistor 404 flows. 5 FIG. 12 illustrates an embodiment in which the diode current as a function of voltage may be utilized to implement a positive exponential voltage over time.

Eine Stromquelle 602 lädt den Kondensator 601 auf, wenn der Transistor 600 ausgeschaltet ist. Ein Widerstand 603 kann den Transistor 601 nahe an den Einschaltpunkt vorspannen. Der Strom in dem Transistor 607 kann durch die Transistoren 604 und 605 gespiegelt werden, und strömt wiederum durch den Widerstand 606, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen. Die Verbindung der Transistoren 604 und 605 ist eine Konfiguration, welche üblicherweise als Stromspiegel bezeichnet wird. Wenn der Transistor 600 ausgeschaltet ist, lädt sich der Kondensator 600 linear auf, da der Basisstrom klein ist. Die Spannung über der Basisemitterverbindung von 607 ist eine lineare Rampenspannung und der Kollektorstrom in 607 ist eine positive Exponential-Funktion über der Zeit. Die Transistoren 604 und 605 spiegeln diesen Strom, um die positive Exponentialspannung an dem Widerstand 606 zu erzeugen. Ein Verändern des Grenzwertes der Wellenform kann erreicht werden, indem die Stromversorgungsspannungen erhöht oder verringert werden.A power source 602 charges the capacitor 601 on when the transistor 600 is off. A resistance 603 can the transistor 601 pretension close to the switch-on point. The current in the transistor 607 can through the transistors 604 and 605 be reflected, and in turn flows through the resistor 606 to generate an output voltage. The connection of the transistors 604 and 605 is a configuration commonly referred to as a current mirror. When the transistor 600 is off, the capacitor charges 600 linear because the base current is small. The voltage across the base emitter junction of 607 is a linear ramp voltage and the collector current in 607 is a positive exponential function over time. The transistors 604 and 605 reflect this current to the positive exponential voltage across the resistor 606 to create. Changing the threshold value of the waveform can be achieved by increasing or decreasing the power supply voltages.

Schaltungsmethodik 3Circuit methodology 3

Die Methodik 3 erzeugt eine Ablauffolge von digitalen Zahlen, die die positive Exponential-Funktion 802 repräsentieren. Diese Ablauffolge kann dann über einen Digital/Analog-Wandler in ein analoges Signal umgewandelt werden.The methodology 3 generates a sequence of digital numbers representing the positive exponential function 802 represent. This sequence can then be converted via a digital / analog converter into an analog signal.

6 stellt eine Schaltung zur Erzeugung eines positiven Signals unter Verwendung eines Prozessors 800 und eines D/A-Wandlers 801 dar. Dieses allgemeine Verfahren kann dazu genutzt werden, um eine beliebige Spannung V = Deαt + A + f(t) zu erzeugen, indem ein geeignetes Programm verwendet wird, um die erforderliche digitale Zahlenablauffolge zu erzeugen. Ein Prozessor für die Erzeugung der Zahlenablauffolge kann einer von den vielen speicherprogrammierbaren Steuerungen mit Speicher sein, welche Computer, Mikrocomputer, Mikroprozessoren, Controller oder Mikrocontroller umfassen. Obwohl die Schaltungsmethodik 3 für die Erzeugung beliebiger Wellenformen geeignet sein kann, können die erzeugten Signale durch die Taktfrequenz der Speicherprogrammvorrichtung in der Bandbreite beschränkt sein. 6 provides a circuit for generating a positive signal using a processor 800 and a D / A converter 801 This general method can be used to generate any voltage V = De αt + A + f (t) by using a suitable program to generate the required digital number sequence. A number sequencing processor may be one of the many memory programmable controllers including computers, microcomputers, microprocessors, controllers, or microcontrollers. Although the circuit methodology 3 may be suitable for the generation of arbitrary waveforms, the generated signals may be limited by the clock frequency of the memory program device in the bandwidth.

Eine zum Erzeugen einer positiven exponentiell abfallenden Flanke verwendete Ausführungsform erfordert einen Spannungssubtraktionsprozess. 7A und 7B zeigen eine Blockdarstellung einer positiven Exponential-Funktion mit zwei Flanken. Eine Spannung 701 schaltet einen Spannungsexponentialgenerator 100 mit einem Ausgangssignal eαt-1 ein, welches begrenzt wird, 101, und an eine Summierschaltung 700 angelegt wird, um eine Spannung 704 zu erzeugen. Diese Spannung wird durch 104 zum Erzeugen eines Ausgangssignals 705 verstärkt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt t1 schaltet die Spannung 702 einen weiteren Spannungsexponentialgenerator 100 mit einer durch eαt – 1 definierten Ausgangsspannung ein, welche begrenzt wird, und von der Spannung an den positiven Eingang der Summierschaltung 700 subtrahiert wird. Während der abfallenden Flanke des Ausgangssignals der Summierschaltung ist eine Spannung 704 durch 2 – eαt definiert. Bei t2 kann die Subtraktion gestoppt werden und zu einem Zeitpunkt t3 kann der Vorgang wiederholt werden.An embodiment used to generate a positive exponential decaying edge requires a voltage subtraction process. 7A and 7B show a block diagram of a positive exponential function with two edges. A tension 701 Switches a voltage expander 100 with an output signal e αt -1 which is limited 101 , and to a summing circuit 700 is applied to a tension 704 to create. This tension is through 104 for generating an output signal 705 strengthened. At a certain time t 1 , the voltage switches 702 another voltage exponent generator 100 with an output voltage defined by e αt -1, which is limited, and from the voltage to the positive input of the summing circuit 700 is subtracted. During the falling edge of the output signal of the summing circuit is a voltage 704 defined by 2 - e αt . At t 2 , the subtraction can be stopped and at a time t 3 , the process can be repeated.

Die nachstehenden Beispiele sind beigefügt, um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zu demonstrieren. Es dürfte für den Fachmann auf diesem Gebiet erkennbar sein, dass die in den folgenden Beispielen offenbarten Techniken, Techniken repräsentieren, die von dem Erfinder als gut in der Praxisumsetzung der Erfindung funktionierend offenbart wurden, um somit als spezifische Arten für ihre Praxisumsetzung bildend betrachtet werden können. Der Fachmann auf diesem Gebiet dürfte jedoch angesichts der vorliegenden Offenbarung erkennen, dass viele Änderungen in den spezifischen Ausführungsformen, welche offenbart sind, durchgeführt werden können und diese trotzdem ein gleiches oder ähnliches Ergebnis ohne Abweichung von dem Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung erzielen.The Examples below are attached to preferred embodiments to demonstrate the invention. It should be obvious to one skilled in the art be seen that disclosed in the following examples Represent techniques, techniques, that of the inventor as good in the practice of the invention have been properly disclosed, thus as specific species for your Practice implementation can be considered. The expert on this Territory is likely however, given the present disclosure, many changes will be apparent in the specific embodiments, which are disclosed performed can be and this nevertheless an equal or similar result without deviation achieve the spirit and scope of the invention.

Beispiel 1example 1

Die hierin beschriebenen Schaltungsverfahren können eine Energiewelle als eine Spannung erzeugen und können mit einem geeigneten Wandler auf verschiedene Wellenausbreitungsmedien anwendbar sein. Die experimentelle Verifikation des offenbarten Verfahrens wurde unter Verwendung einer Exponential-Funktion der Form Deαt ausgeführt. Das Signal wurde zur Verwendung an einer langen Koaxialübertragungsleitung unter Anwendung des vorstehenden Verfahrens 3 erzeugt. Das erzeugte positive Exponentialsignal wurde an eine 30,5 mm (100 feet) lange Koaxialtibertragungsleitung angelegt, um das offenbarte Verfahren zu verifizieren. 8 und 9 stellen einige der Ergebnisse in den Verifikationstests dar. 10 ist eine Tabelle der experimentellen Ergebnisse.The circuit methods described herein may generate a power wave as a voltage and may be applicable to various wave propagation media with a suitable transducer. The experimental verification of the disclosed method was carried out using an exponential function of the form De αt . The signal was generated for use on a long coaxial transmission line using method 3 above. The generated positive exponential signal was applied to a 30.5 mm (100 feet) coaxial transmission line to verify the disclosed method. 8th and 9 represent some of the results in the verification tests. 10 is a table of experimental results.

Beispiel 2Example 2

SD-ModulationSD Modulation

Information kann in einem verlustbehafteten Medium (z. B. unter Verwendung elektrischer Übertragungsleitungen, akustischer Wellen, oder elektromagnetischer Wellen) unter Anwendung von SD-Wellenformen wie hierin offenbart und durch Modulieren von α mit einem Codemuster zum Transportieren einer Nachricht übertragen werden. Ein Empfänger kann die Änderungen in der Ausbreitungsgeschwindigkeit oder dem Abschwächungskoeffizienten der Wellenform messen, um die Nachricht zu decodieren. Die Messaufgabe der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Empfängers kann implementiert werden, indem Schwellenwertmessintervalle aufeinander folgender Wellenformen an zwei durch eine bekannte Strecke getrennten Stellen gemessen werden. Die Schwellenwertzeitpunktmessungen können eine Wellenausbreitungsgeschwindigkeitsinformation ergeben, welche Schätzungen von α aus der analytischen Beziehung der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit und α ermöglicht.information may be in a lossy medium (eg, using electrical transmission lines, acoustic waves, or electromagnetic waves) under application of SD waveforms as disclosed herein and modulating α with a Code pattern for transporting a message. A receiver can The changes in the propagation velocity or the attenuation coefficient measure the waveform to decode the message. The measuring task the propagation speed of the receiver can be implemented by passing threshold measurement intervals of consecutive waveforms measured at two points separated by a known distance. The threshold timing measurements may yield wave propagation velocity information. what estimates from α the analytic relationship of the wave propagation velocity and α.

Ein alternatives Detektionsverfahren kann den Abschwächungskoeffizienten einer SD-Welle messen, indem Amplituden- oder Impulsflächenmessungen der Ausbreitungswelle an zwei oder mehr durch bekannte Strecken getrennte Stellen gemessen werden. Eine weitere Implementation dieser Art von Modulation kann die Übertragung einer SD-Welle über lange Strecken durch ein Medium mit geringem Verlust beinhalten, welche dann durch einen Empfänger detektiert werden kann, der einen kurzen Pfad mit stark verlustbehaftetem Übertragungsmaterial enthält. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit durch den kurzen verlustbehafteten Pfad des Empfängers kann dann überwacht werden, indem Schwellenwertzeitmessungen entlang des Pfades verwendet werden, um die übertragene Meldung zu decodieren. Alternativ kann die SD-Wellenabschwächung innerhalb des verlustbehafteten Übertragungspfades des Empfängers gemessen werden, was das modulierte Muster von a ergibt. Wenn sowohl die SD-Wellenausbreitungsgeschwindigkeit als auch der Abschwächungsexponent durch den Detektor gemessen werden, kann dann das Produkt dieser zwei Größen direkt den Wert des Exponential-Koeffizienten α ergeben.One alternative detection method can measure the attenuation coefficient of an SD wave by: Amplitude or pulse area measurements the propagation wave at two or more by known routes separate locations are measured. Another implementation of this Type of modulation can be the transmission an SD wave over involve long journeys through a medium of low loss, which then by a receiver can be detected, a short path with highly lossy transfer material contains. The propagation speed through the short lossy one Path of the recipient can then be monitored by using threshold time measurements along the path be transferred to the Decode message. Alternatively, the SD wave attenuation within the lossy transmission path Recipient which gives the modulated pattern of a. If both the SD wave propagation velocity as well as the attenuation exponent can be measured by the detector, then the product of this two sizes directly give the value of the exponential coefficient α.

Beispiel 3Example 3

Schaltungstestcircuit test

Derzeitige Konstruktionen schneller digitaler Übertragungsschaltungen für Gehäuseverbindungen sowohl auf Chip- als auch Systemebene erfordern die Berücksichtigung maximaler Frequenzen von 300 MHz bis zu 1 GHz. Somit sind Schaltungsdesigns Übertragungsleitungen und die Entwicklung dieser Technologie erfordert eine Auslegungsverifikation durch experimentelle schnelle Schaltungstest- und Messsysteme. Die derzeitige Test- und Messsystementwicklung hält mit den raschen Änderungen in der Verbindungstechnologie nicht Sprung. Es bestehen große Bedenken in der Industrie, dass dieser Zeitverzug der Schaltungstesttechnologie das Wachstum der Verbindungstechnologie verzögern kann. Viele merken, dass eine stärkere Zunahme in Forschung und Entwicklungsaufwand in vollständig neue Testmethodiken erforderlich ist, um die Situation zu bereinigen.Current designs of high speed package-to-system digital transmission circuits at both chip and system level require consideration of maximum frequencies from 300 MHz to 1 GHz. Thus, circuit designs are transmission lines and the development of this technology requires design verification through experimental fast circuit testing and measurement systems. Current test and measurement system development does not break with the rapid changes in interconnect technology. There is great concern in the industry that this delay in circuit test technology may delay the growth of interconnect technology. Many realize that a greater increase in research and development effort in completely new test methodologies is needed to address the situa to clean up.

Eine neue Schaltungstestmethodik wird durch die vorliegende Offenbarung bereitgestellt. Diese Testmethodik basiert auf der Nutzung von Impulsen mit variabler Geschwindigkeit, welche mittels einfacher Schwellenwertdetektoren detektiert und zeitlich bestimmt werden, die an einer oder mehreren Stellen in der Schaltung angeschlossen sind. Die Geschwindigkeitsveränderung der sich ausbreitenden Impulse kann durch einen messbaren Formparameter in der angewendeten Eingangsimpulswellenform der Schaltung kontrolliert werden. Dieser Eingangsformparameter und die sich daraus ergebende Ausbreitungsimpulsgeschwindigkeit, die aus den Schwellenwertdetektoren erhalten wird, sind die einzigen Messungen, die erforderlich sind, um eine einfache Gleichung zu berechnen, welche charakteristische Parameter der Übertragungsleitung liefert.A new circuit test methodology is provided by the present disclosure provided. This test methodology is based on the use of impulses with variable speed, which by means of simple threshold detectors be detected and timed at one or more Digits in the circuit are connected. The speed change The propagating impulse can be generated by a measurable shape parameter be controlled in the applied input pulse waveform of the circuit. This input form parameter and the resulting propagation pulse velocity, the obtained from the threshold detectors are the only ones Measurements required to give a simple equation calculate which characteristic parameters of the transmission line supplies.

Ein Detektor reicht für die Messung der Impulslaufzeit aus, wenn die Schwellenwertzeiten eines einfallenden und reflektierten Antwortimpulses an einer einzigen Stelle in der Leitung gemessen werden. In diesem Falle bestimmen, wenn die Leitungs- und Impulsformparameter bekannt sind, die berechnete Impulsgeschwindigkeit und Abschwächung zusammen mit der gemessenen Impulsumlaufzeit die Stelle und numerische Bewertung des Leitungsfehlers oder der Impedanzunstetigkeit, welche die Impulsreflexion bewirkt. Eine Konzeptskizze einer Übertragungsleitung, die zwei Testverbindungen zeigt, ist in 11 dargestellt. Eine Eingangsimpulswellenform und zwei Schwellenwertdetektoren sind dargestellt. Die Schwellenwertdetektoren von 11 bestimmen die Zeit, bei der ein sich ausbreitender Impuls einen Schwellenwert an den Überwachungspositionen des Detektors entlang der Leitung erreicht. Die Eingangsimpulswellenform erfordert eine für dieses Testverfahren speziell zugeschnittene Exponential-Form. Ein Wellenformgenerator, der diese Art von Impuls erzeugt (α > 0) ist in 12 dargestellt. Er enthält einen Sprunggenerator, gefolgt von einer Exponential-Wellenform-Erzeugungsschaltung.A detector is sufficient to measure the pulse transit time when the threshold times of an incident and reflected response pulse are measured at a single location in the line. In this case, if the line and pulse shape parameters are known, the calculated pulse rate and attenuation along with the measured pulse round trip time determine the location and numerical evaluation of the line error or impedance discontinuity which causes the pulse reflection. A conceptual sketch of a transmission line showing two test connections is in FIG 11 shown. An input pulse waveform and two threshold detectors are shown. The threshold detectors of 11 determine the time at which a propagating pulse reaches a threshold at the monitor positions of the detector along the line. The input pulse waveform requires an exponential form specially tailored for this test procedure. A waveform generator generating this type of pulse (α> 0) is in 12 shown. It contains a jump generator followed by an exponential waveform generation circuit.

Das durch den Wellenformgenerator von 12 an die Eingangsleitung von 11 angelegte Eingangssignal kann in 13 dargestellte Schwellenwertpegel-Detektoreingangssignale e1(t) und e2(t) erzeugen. In 13 ist T die Signalschwellenwerteinstellung der Schwellenwertdetektoren und t1 und t2 sind durch die Schwellenwertdetektoren gemessene Zeiten, an denen e1 und e2 den Schwellenwertpegel passieren. Die Impulsausbreitungsgeschwindigkeit v kann durch das Verhältnis (t2 – t1)/l gemessen werden, wobei 1 der Trennungsabstand zwischen den Schwellenwertdetektoren entlang der Leitung ist.That by the waveform generator of 12 to the input line of 11 applied input signal can be in 13 generate threshold level detector input signals e 1 (t) and e 2 (t). In 13 T is the signal threshold setting of the threshold detectors, and t 1 and t 2 are times measured by the threshold detectors at which e 1 and e 2 pass the threshold level. The pulse propagation velocity v can be measured by the ratio (t 2 -t 1 ) / l, where 1 is the separation distance between the threshold detectors along the line.

Die Übertragungsleitung dieses Beispiels wird als durch die Version der Leitungsgleichung mit drei Parametern: R (Widerstand pro Längeneinheit), L (Induktivität pro Längeneinheit) und C (Kapazität pro Längeneinheit) beschrieben, angenommen. Der Eingangswellenformexponent, α, und v stehen zu R, L und C durch

Figure 00290001
in Beziehung.The transmission line of this example is considered by the version of the line equation with three parameters: R (Resistance per unit length), L (Inductance per unit length) and C (Capacity per unit length), assumed. The input waveform exponent, α, and v are closed R . L and C by
Figure 00290001
in relationship.

Somit ergibt eine zweimalige Durchführung des Leitungstests mit zwei unterschiedlichen Sätzen von (gemessenen) Werten für α (α > 0) und v zwei Gleichungen dieser Form, welche eine Abschätzung von RC und LC ermöglichen. In dem RC-Fall wird ein Minimum eines Testergebnisses benötigt, um den Leitungsparameter RC zu schätzen. Ein ähnliches Ergebnis kann aus Übertragungsleitungen erhalten werden, welche durch alle vier Parameter R, C , L und G erhalten werden, wie es für den Fachmann auf diesem Gebiet mithilfe der vorliegenden Offenbarung ersichtlich ist.Thus, conducting the conduction test twice with two different sets of (measured) values for α (α> 0) and v gives two equations of this form, which provide an estimate of RC and LC enable. By doing RC Case, a minimum of a test result is needed to determine the line parameter RC appreciate. A similar result can be obtained from transmission lines passing through all four parameters R . C . L and G as will be apparent to one of ordinary skill in the art using the present disclosure.

Die Messung des Abschwächungskoeffizienten in der sich aus der Änderung von α ergebenden Antwort ist ein alternativer Ansatz für die Abschätzung von Leitungsparametern, da wie die Ausbreitungsgeschwindigkeit auch der Abschwächungskoeffizient von den Leitungsparametern zusätzlich zu α abhängt.The Measurement of the attenuation coefficient in the change of α Answer is an alternative approach to the estimation of line parameters, since like the propagation speed also the attenuation coefficient in addition to the line parameters depends on α.

14 zeigt eine Darstellung eines geeigneten Exponential-Wellenformgenerators (EWG). 15 stellt eine Konfiguration eines gesamten experimentellen Messaufbaus. 14 shows a representation of a suitable exponential waveform generator (EWG). 15 represents a configuration of an entire experimental measurement setup.

Beispiel 4Example 4

VLSI- und Breitbandgehäuse-VerbindungsauslegungVLSI and broadband housing connection design

Hierin offenbarte Verfahren und Systeme können als ein Mess- und Optimierungswerkzeug für eine Verbindungsverzögerung verwendet werden. Eine Analyse gemäß der vorliegenden Offenbarung ergibt einfache Ausdrücke für eine Leitungsverzögerung, die gleichermaßen für alle verlustbehafteten Varianten des Vier-Parameter-Übertragungsleitungsmodells einer Verbindung gültig sind, selbst einschließlich derjenigen mit frequenzabhängigen Parametern, die in der Gehäuseumgebung wichtig sind. Die Techniken dieser Offenbarung anwendende Modelle versprechen eine höhere Genauigkeit als diejenigen, die in derzeitigen CAD-Werkzeugen verwendet werden, sowie eine breitere Anwendbarkeit, sowohl auf Verbindungen auf dem Chip als auch in der Gehäuseumgebung.Methods and systems disclosed herein may be used as a link delay measurement and optimization tool. An analysis according to the present disclosure provides a simple Also, line delay terms that are equally valid for all lossy variants of the four-parameter transmission line model of a connection, even those with frequency-dependent parameters that are important in the enclosure environment. The techniques utilizing this disclosure promise higher accuracy than those used in current CAD tools, as well as broader applicability to both on-chip and package environment.

Minimierung der Verbindungsverzögerung auf dem ChipMinimizing the connection delay on the chip

Die Verzögerung von Verbindungen auf Hochleistungschips mit Längen etwa 1 mm bis zu der Abmessung des Halbleiterchips werden aus der Theorie der verlustbehafteten Übertragungsleitung entweder unter Anwendung einer RLC-Leitungsapproximation mit geringem Verlust oder für sehr widerstandsbehaftete Verbindung, einer alternativen Approximation, das auf einem RC-Verteilungsmodell der Übertragungsleitung beruht, die induktive Effekte vernachlässigt, abgeschätzt. Die erstere Schätzung der Verzögerung bei geringem Verlust ist für derzeit vorgeschlagene lange niederohmige Leitungen auf einem Chip geeignet, die mit einer Leitergeometrie hergestellt werden, die im Querschnitt wesentlich größer ("fett") als die gemäß Submikro-Masseregeln der derzeitigen Technologie ist. Die Verzögerungsapproximation der RC-Leitung, welche induktive Effekte vernachlässigt, ist nur für die kurzen hochohmigen Verbindungen geeignet, die gerade lang genug sind, um damit zu beginnen, ein signifikantes Übertragungsleitungsverhalten aufzuweisen und nicht angemessen mit konzentrierten Modellen modelliert werden können. Es gibt jedoch einen großen Abstand von längeren widerstandsbehafteten Verbindungen mit Leitungseigenschaften, welche zwischen diesen zwei Verzögerungsabschätzungsapproximierungen liegen, welche derzeit nur mit zeitaufwändigen Schaltkreissimulationen analysiert werden können.The delay of connections on high performance chips with lengths of about 1 mm to the dimension of the semiconductor chip are from the theory of lossy transmission line either using a low RLC line approximation Loss or for very resistive connection, an alternative approximation, which is based on an RC distribution model of the transmission line, neglected the inductive effects, estimated. The former estimate the delay at low loss is for currently proposed long low-impedance lines on a chip suitable, which are manufactured with a conductor geometry, the substantially larger in cross-section ("fat") than that according to submicron mass rules the current technology. The delay approximation of the RC line, which neglects inductive effects is only for the short ones suitable high-impedance connections, which are just long enough to To begin with, a significant transmission line behavior and not adequately modeled with concentrated models can be. But there is a big one Distance from longer ones resistive connections with line characteristics, which between these two delay estimation approximations currently only with time-consuming circuit simulations can be analyzed.

Ein Ansatz gemäß der vorliegenden Offenbarung ist weder auf die sehr widerstandsbehafteten noch die verlustarmen Fälle beschränkt. Tatsächlich liefert die hierin offenbarte Methodik ein einziges gleichmäßig anwendbares Ergebnis, das für beide Extreme und alle verlustbehafteten Fälle dazwischen genau ist.One Approach according to the present Revelation is neither to the very resistive nor the low-loss cases limited. Indeed The methodology disclosed herein provides a single consistent application Result, that for both extremes and all lossy cases in between are accurate.

Ein Beispiel zum Demonstrieren von Techniken der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine sehr widerstandsbehaftete 15 mm Verbindung unter Verwendung typischer Werte für eine 0,5 μm CMOS-Technologie. (Diese Verbindungslinie hat eine Kapazität pro Längeneinheit (C) von 0,25 pF/mm, einen Widerstand pro Längeneinheit (R) von 18 Ohm/mm und eine Induktivität pro Längeneinheit (L) von 0,174 nH/mm bei einer relativen Dielektrizitätskonstante von 4,0). Die Verbindungsverzögerung wird herkömmlicherweise unter Annahme angenäherter Schätzwerte für die Verzögerung der Sprungantwort einer RC-Übertragungsleitung minimiert, wenn das Empfangsende der Leitung nicht abgeschlossen ist.One Example demonstrating techniques of the present disclosure includes a very resistive 15mm connection underneath Use of typical values for a 0.5 μm CMOS technology. (This connection line has a capacity per unit length (C) of 0.25 pF / mm, a resistance per unit length (R) of 18 ohms / mm and one inductance per unit of length (L) of 0.174 nH / mm at a relative dielectric constant from 4.0). The connection delay becomes conventional assuming approximate estimates for the delay the step response of an RC transmission line minimized when the receiving end of the line is not completed is.

Das Ergebnis für den herkömmlichen Schätzwert der minimierten Gesamtschaltungsverzögerung ist 753 ps für dieses Beispiel. Unter Annahme von εR = 4, würde eine verlustlose 15 mm lange abgeschlossene Leitung eine Verzögerung von (6,6 ps/mm) (15 mm) = 99 ps oder etwa 1/7 des herkömmlichen Schätzwertes der gesamten Schaltung dieser hochohmigen Leitung auf den Chip liefern. Dieser große leistungseinschränkende Unterschied in der geschätzten gegenüber der idealen Verbindungsverzögerung kann als der L3 ("Long Lossy Line")-Effekt bezeichnet werden.The result for the conventional estimate of the minimized overall circuit delay is 753 ps for this example. Assuming ε R = 4, would be a lossless 15 mm long terminated line a delay of (6.6 ps / mm) (15 mm) = 99 ps, or about 1/7 of the conventional estimate of the entire circuit of this high-impedance line to the Deliver chip. This large performance-limiting difference in the estimated versus ideal link delay may be referred to as the L 3 (Long Lossy Line) effect.

Eine Möglichkeit, die Verzögerung dieser langen Leitungen zu reduzieren, besteht in der Verringerung ihres Widerstandes auf den von "verlustarmen" Leitungen (die als einem Gesamtwiderstand mit weniger als zwei Z0 aufweisend definiert sind) indem diese zu "fetten" Leitungen gemacht werden, wobei deren Querschnittsfläche wesentlich größer als die minimale Abmessung für die kurzen Leitungen auf dem Bauelement gemacht wird. Dieses erfordert zusätzliche Verdrahtungsebenen auf den Chip, um diese "fetten" Leitungen mit den entsprechenden Ausbeute- und Kostenimplikationen aufzunehmen.One way to reduce the delay of these long lines is to lower their resistance to that of "low loss" lines (defined as having a total resistance of less than two Z 0) by making them to "fat" lines, the cross-sectional area of which is made substantially larger than the minimum dimension for the short lines on the device. This requires additional wiring levels on the chip to accommodate these "fat" lines with the corresponding yield and cost implications.

Eine Analyse dieser Verbindung unter Verwendung der vorliegenden Offenbarung führt zu einer wesentlich geringeren Schaltungsverzögerung von 169 ps, welche unter Anwendung von 35 mm Abschnitten und 3 SD-Treibern erzielt wird. Das eine positive Exponential-Funktion aufweisende SD-Treibereingangssignal kann mit einer instabilen positiven Rückkopplungsschleife (wie man sie derzeit in schnellen Analog-ICs, zwischengespeicherten Komparatoren und Speicherzellen findet) erzeugt werden und kann dargestellt werden durch:

Figure 00310001
wobei D = 0,1 Volt und τSD = 10 ps unter der Annahme einer maximalen Treiberanstiegszeit (Chips mit 500 MHz-Taktraten haben Treibersignale mit Flankenanstiegszeiten bis zu 20 V/ns. Eine Skalierung auf 3 GHz Taktrate impliziert hier mit 100 V/ns vergleichbare Flankenanstiegszeiten). Das Ausgangsende von jedem der 5 mm Leitungssegmente wird als nicht abgeschlossen angenommen. Die Verzögerung des SD-Leitungssegments unter Annahme des Beispiels der RLC-Leitungsparameter und der Segmentlänge Ls ist 5 mm, ist
Figure 00320001
und ist gleich 47,2 ps. Die Verzögerung tg des SD-Leitungstreiber ist 9,2 ps unter der Annahme, dass der Schaltpegel des Leitungsausgangssignal 50% des Eingangssignalmaximums ist, und dass die Leitungsausgangssignalspannung aufgrund des nicht abgeschlossenen Endes verdoppelt wird.Analysis of this compound using the present disclosure results in a much lower circuit delay of 169 ps, which is achieved using 35 mm sections and 3 SD drivers. The positive-exponential SD driver input signal may be generated with an unstable positive feedback loop (as currently found in high-speed analog ICs, cached comparators and memory cells) and may be represented by:
Figure 00310001
where D = 0.1 volts and τ SD = 10 ps assuming maximum drive rise time (chips with 500 MHz clock rates have drive signals with edge rise times up to 20 V / ns. A scaling to 3 GHz clock rate implies comparable edge rise times with 100 V / ns). The output end of each of the 5 mm line segments is assumed to be unfinished. The delay of the SD line segment assuming the example of the RLC line parameters and the segment length L s is 5 mm
Figure 00320001
and is equal to 47.2 ps. The delay tg of the SD line driver is 9.2ps assuming that the switching level of the line output is 50% of the input signal maximum, and that the line output voltage is doubled due to the open ended.

Die gesamte SD-Verbindungsverzögerung ist 56,4 ps × 3 = 186,9 ps, unter Vernachlässigung jedes leistungsverstärkenden Zwischenverstärkers. Die vergleichbare Verzögerung für dieses Verbindungsbeispiel mittels herkömmlicher Verfahren ist 628 ps, was die Summe von 375 ps (RC-Belastungsverzögerung der Schaltung der zwei Treiber) plus 253 ps (Schätzwert der RC-Übertragungsleitungsverzögerung für Sprungspannungseingangssignale zu den zwei 7,5 mm nicht abgeschlossenen Leitungssegmenten) ist.The total SD connection delay is 56.4 ps × 3 = 186.9 ps, neglected every power-boosting Repeater. The comparable delay for this Connection example by means of conventional Method is 628 ps, which is the sum of 375 ps (RC load delay of the circuit the two drivers) plus 253 ps (RC transmission line delay estimate for jump voltage input signals to the two 7.5 mm unfinished line segments).

Die SD-Ergebnisse sind weniger als 1/3 des herkömmlichen minimierten Verzögerungsschätzwertes für diese L3-Verbindung. Jedoch ist dieses verbesserte Ergebnis immer noch 2,5 mal größer als die der verlustlosen (idealen) Verzögerung für die Verbindung. Trotzdem ist die Reduzierung in der Leitungsverzögerung signifikant und wenn Zunahmen in der Leiterquerschnittsfläche erforderlich wären, um die weitere Verzögerung zu verringern, wäre diese Zunahme in der Leitungsgeometrie weniger ausgeprägt. Alternativ könnte die Verzögerung der SD-Leitung (angenähert an die verlustlose Leitungsverzögerung) durch eine weitere Reduzierung der SC-Treiberzeitkonstante, τsd weiter reduziert werden. Wie gut dieser Grenzwert dann erreicht wird, kann dann schließlich dadurch ermittelt werden, wie klein die Zeitkonstante des SD-Treiber gemacht werden kann, und der Begrenzungsfaktor des Verbindungsverhaltens ist das Auslegungsverhalten des SD-Treibers.The SD results are less than 1/3 of the conventional minimized delay estimate for this L 3 compound. However, this improved result is still 2.5 times greater than the lossless (ideal) delay for the connection. Nevertheless, the reduction in line delay is significant, and if increases in the conductor cross-sectional area were required to reduce further delay, this increase in line geometry would be less pronounced. Alternatively, the delay of the SD line could (approximated to the lossless line delay) by a further reduction in the SC driver time constant, τ sd can be further reduced. How well this limit is then reached can then be finally determined by how small the time constant of the SD driver can be made, and the limiting factor of the connection behavior is the design behavior of the SD driver.

Die Verzögerung der SD-Verbindung ist aus zwei Hauptgründen deutlich geringer als der herkömmliche Verbindungsschätzwert der Sprungantwort. Erstens ist die Verzögerung des SD-Leitungstreibers erheblich geringer als die Verzögerung des herkömmlichen RC-Leitungstreibers und zweitens beinhaltet die einfache SD-Analyse die tatsächlichen induktiven Effekte der Leitung, während die weniger genaue herkömmliche RC-Analyse der Sprungantwort dieses nicht tut. Die weniger komplexe SD-Analyse ermittelt den Einschluss der verzögerungsreduzierenden induktiven Leitungseffekte, aber die komplexere herkömmliche analytische Analyse der Sprungantwort dieser langen verlustbehafteten Leitung ist nicht ausführbar, wenn induktives sowie RC-Effekte enthalten sind.The delay the SD connection is significantly lower than for two main reasons the conventional one Connection estimate the step response. First, the delay of the SD line driver significantly lower than the delay of the conventional RC line driver and second, includes the simple SD analysis the actual inductive effects of the wire, while the less accurate conventional RC analysis the step response does not do this. The less complex SD analysis determines the inclusion of the delay-reducing inductive Leadership effects, but the more complex conventional analytical analysis the step response of this long lossy line is not executable, if inductive and RC effects are included.

Zusammengefasst verspricht der vorliegende SD-Ansatz auf die Verbindungsanalyse einer verlustbehafteten Leitung signifikante Verbesserungen im VSLI-Auslegungsverhalten im Vergleich zu denen, die mit Auslegungen erzielbar sind, die auf den herkömmlichen Verzögerungsabschätzungsverfahren basieren. Die SD-Analyse von Verbindungen ist im Umfang allgemeiner, und trotzdem weniger komplex als Analysen, die aus der Standardtheorie verlustbehafteter Übertragungsleitungen abgeleitet sind.Summarized The present SD approach promises to link analysis a lossy line, significant improvements in VSLI design behavior Compared to those achievable with interpretations the conventional one Delay estimation method based. The SD analysis of compounds is more general in scope, and still less complex than analyzes that come from standard theory lossy transmission lines are derived.

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Claims (7)

Ein Verfahren zur Übertragung einer Wellenform, die eine im Wesentlichen konstante Ausbreitungsgeschwindigkeit entlang einer Übertragungsleitung aufweist, das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: (i) Erzeugung einer exponentiellen Wellenform, wobei die exponentielle Wellenform abgeschnitten ist und die Form Deαt + A + f(t) aufweist, wobei t die Zeit ist, D und A Konstanten sind, α ein Exponential-Koeffizient ist und f(t) eine Funktion der Zeit ist, wobei f(t) nicht die Form eαt einschließt; und (ii) Applikation der Wellenform auf die Übertragungsleitung um die Wellenform bei einer im Wesentlichen konstanten Ausbreitungsgeschwindigkeit zu übertragen, wobei die Ausbreitungsgeschwindigkeit in Bezug zu α und einen Übertragungsparameter der Übertragungsleitung steht, wobei das Verfahren dadurch charakterisiert ist, dass es ferner einen der folgenden Schritte umfasst: (a) Veränderung von α als Antwort auf ein Eingangssignal auf den Wellenformgenerator; oder (b) Ermittlung der Ausbreitungsgeschwindigkeit und Berechnung des Übertragungsparameters unter Verwendung der Ausbreitungsgeschwindigkeit und des Exponential-Koeffizienten; oder (c) Ermittlung einer Impedanzunstetigkeitsstelle der Übertragungsleitung und ihrem Standort unter Verwendung des Exponential-Koeffizienten, der Ausbreitungsgeschwindigkeit und des Übertragungsparameters; oder (d) Modulation des Exponential-Koeffizienten α um Information in einer Wellenform zu kodieren.A method of transmitting a waveform having a substantially constant propagation velocity along a transmission line, the method comprises the steps of: (i) generating an exponential waveform, wherein the exponential waveform is truncated and the form De αt + A + f (t where t is time, D and A are constants, α is an exponential coefficient, and f (t) is a function of time, where f (t) does not include the form e αt ; and (ii) applying the waveform to the transmission line to transmit the waveform at a substantially constant propagation velocity, the propagation velocity being related to α and a transmission parameter of the transmission line, the method being further characterized by comprising one of the following steps : (a) changing α in response to an input signal to the waveform generator; or (b) determining the propagation velocity and calculating the transmission parameter using the propagation velocity and the exponential coefficient; or (c) determining an impedance discontinuity location of the transmission line and its location using the exponential coefficient, the propagation velocity and the transmission parameter; or (d) modulating the exponential coefficient α to encode information in a waveform. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Modulationsschritt (d) ferner einen der folgenden Schritte umfasst: (d1) Abfrage der modulierten Ausbreitungsgeschwindigkeit um die Information zu dekodieren; oder (d2) Abfrage der modulierten Dämpfung um die Information zu dekodieren.The method of claim 1, wherein the modulating step (d) further comprising one of the following steps: (d1) query the modulated propagation velocity around the information decode; or (d2) query the modulated attenuation um to decode the information. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (b) den Schritt des Empfangen der Ausbreitungsinformation von der Übertragungsleitung unter Verwendung von einem oder mehreren Empfangselement(en), die an die Übertragungsleitung gekoppelt sind, umfasst, wobei das eine oder die mehreren Empfangselement(e) einen Grenzwertdetektor umfassen.The method of claim 1, wherein the step (b) the step of receiving the propagation information from the transmission line using one or more receiving elements that to the transmission line coupled, wherein the one or more receiving element (s) include a threshold detector. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Übertragungsleitung entweder einen elektrischen Leiter, oder einen leitenden Draht, oder eine Verzögerungsleitung, oder ein Verbindungs- oder akustisches Medium, oder ein Diffusionsmedium umfasst.The method of claim 1, wherein the transmission line either an electrical conductor, or a conductive wire, or a delay line, or a connection or acoustic medium, or a diffusion medium. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Übertragungsparameter die Induktivität, den Widerstand, die Kapazität oder den elektrischen Leitwert der Übertragungsleitung umfasst oder irgendeine. Kombination daraus.The method of claim 1, wherein the transmission parameter the inductance, the resistance, the capacity or the electrical conductivity of the transmission line or any. Combination of it. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausbreitungsgeschwindigkeit in Bezug zu α gemäß einer der folgenden Gleichungen steht:
Figure 00360001
Figure 00370001
wobei c die Ausbreitungsgeschwindigkeit ohne die Viskosität darstellt, k die Diffusionsfähigkeit darstellt, v die Ausbreitungsgeschwindigkeit darstellt, A die Querschnittsfläche darstellt, C die Kapazität pro Längeneinheit der Übertragungsleitung darstellt, C(s) die Frequenz-abhängige Kapazität pro Längeneinheit darstellt, G den elektrischen Leitwert pro Längeneinheit der Übertragungsleitung darstellt, G(s) den Frequenz-abhängige elektrischen Leitwert pro Längeneinheit der Übertragungsleitung darstellt, G(s) eine Laplace-Transformation von einer angenäherten Greenschen Funktion des thermischen Leitvermögens darstellt, K die thermische Leitfähigkeit darstellt, L die Induktivität pro Längeneinheit darstellt, L(s) die Frequenz-abhängige Induktivität pro Längeneinheit darstellt, R den Widerstand pro Längeneinheit darstellt, R(s) den Frequenz-abhängigen Widerstand pro Längeneinheit darstellt, R die effektive Viskosität darstellt, μ die elektrische Permeabilität darstellt, ε die elektrische Permittivität darstellt, κ die Temperaturleitfähigkeit darstellt, die elektrische Leitfähigkeit darstellt, ρ0 die Gleichgewichtsdichte darstellt, c∞ und c0 die Geschwindigkeiten des Schalls bei unbegrenzter Frequenz bzw. bei einer Frequenz von 0 darstellt, und τ eine Relaxationszeit darstellt.
The method of claim 1, wherein the propagation velocity is related to α according to one of the following equations:
Figure 00360001
Figure 00370001
where c represents the propagation velocity without the viscosity, k represents the diffusibility, v represents the propagation velocity, A represents the cross-sectional area, C represents the capacity per unit length of the transmission line, C (s) represents the frequency-dependent capacity per unit length, G represents the electrical conductivity per unit length of the transmission line, G (s) represents the frequency-dependent electrical conductance per unit length of transmission line, G (s) represents a Laplace transform of approximate Green's thermal conductivity function, K represents thermal conductivity, L represents the inductance per unit length, L (s) represents the frequency-dependent inductance per unit length, R represents the resistance per unit length, R (s) represents the frequency-dependent resistance per unit length, R represents the effective viscosity, μ represents the electrical permeability, ε represents the electrical permittivity, κ represents the thermal conductivity, which represents electrical conductivity, ρ 0 represents the equilibrium density, c∞ and c0 represent the velocities of the sound at unlimited frequency or at a frequency of 0, and τ represents a relaxation time.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Dämpfungskoeffizient der Wellenform
Figure 00380001
ist, wobei A, C , C(s), G , G(s), G(s), K, L, L(s), R, R(s), R, c, k, μ, ε, κ, σ, ρ0, c, c0 und τ wie in Anspruch 6 definiert sind.
The method of claim 1, wherein an attenuation coefficient of the waveform
Figure 00380001
is where A, C . C (S), G , G (s), G (s), K, L . L (S), R . R (s), R, c, k, μ, ε, κ, σ, ρ 0 , c , c 0 and τ are as defined in claim 6.
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